Question

铜、铁都是变价元素，它们都能形成多种化合物，如氧化物、硫化物、卤化物、配合物，还有含氧酸盐等等．现代工业炼铜主要以黄铜矿为原料．某黄铜矿的主要成分X是由Cu、Fe、S三种元素组成的复盐，其中Cu、Fe两种元素的质量比为8：7，X的摩尔质量为368g?mol^-1．取一定质量的X粉末溶于足量浓硝酸（假设还原产物只有NO₂），将反应后的溶液加水稀释至1L，再将稀释后的溶液分成两等份：向其中一份加入足量稀NaOH溶液，搅拌，过滤、洗涤、灼烧，得粉末4.8g；向另一份溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，得沉淀13.98g．
（1）X的化学式

 

．下列物质中属于复盐的是

 

A．Na₃AlF₆                B．KAl（SO₄）₂?12H₂O
C．Ca（NO₃）Cl              D．（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O
（2）X溶于浓硝酸的离子方程式

 

（3）以黄铜矿为原料，采用火法炼铜所得粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，要得到高纯铜，需进行电解精炼．上述粗铜电解精炼时阳极发生的电极反应有

 

．
（4）混合溶液中的Cu²⁺和Fe³⁺可以采用纸层析法分离．氨熏显色时，Cu²⁺与足量氨水发生反应的离子方程式

 

（5）CuCl₂易溶于水，也易溶于一些有机溶剂，如乙醇或丙酮，说明CuCl₂具有较强的共价性．研究表明，无水CuCl₂为无限长链的聚合物结构．每个Cu原子处于4个Cl原子形成的正方形的中心．画出它的长链结构片段（含3个Cu原子的片段）

 

（6）红砖含有氧化铁，青砖含有氧化亚铁或四氧化三铁．瓷器外面都有一层釉，随着铁元素含量的增加，釉的颜色加深．设计实验验证某种青瓷釉中含有四氧化三铁

 

．

Answer 1

考点：复杂化学式的确定,电解原理,含硫物质的性质及综合应用,铜金属及其重要化合物的主要性质

专题：计算题,元素及其化合物

分析：（1）根据题干信息结合质量守恒定律计算出X中Fe、Cu、S的物质的量之比，再根据X的摩尔质量确定其化学式；根据复盐的概念及组成特点进行判断；
（2）X的化学式为Cu₂Fe₂S₄，溶于浓硝酸后反应生成铁离子、铜离子、硫酸根离子和二氧化氮气体，据此写出反应的离子方程式；
（3）铁活泼性大于铜，Ag、Au的活泼性小于铜，电解过程中铁优先放电生成亚铁离子，然后铜失去电子生成铁离子，而Ag、Au不发生反应；
（4）铜离子与过量的氨水反应生成可溶性的Cu（NH₃）₄²⁺；
（5）根据“每个Cu原子处于4个Cl原子形成的正方形的中心”画出满足条件的含3个Cu原子的片段；
（6）四氧化三铁中含有铁离子和亚铁离子，分别根据具有铁离子和亚铁离子的方法设计实验证明青瓷釉中含有四氧化三铁．

解答： 解：（1）Cu、Fe两种元素的质量比为8：7，则X中：n（Cu）：n（Fe）=

8

64

：

7

56

=1：1，设每等份溶液中含有铜离子、铁离子的物质的量为x，向其中一份加入足量稀NaOH溶液，搅拌，过滤、洗涤、灼烧，得粉末4.8g，4.8g为氧化铁、氧化铜的混合物，根据质量守恒可得：80x+

1

2

x×160=4.8，解得x=0.03mol，即n（Cu）=n（Fe）=0.03mol；
向另一份溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，得沉淀13.98g，沉淀为硫酸钡，根据质量守恒，则n（S）=n（BaSO₄）=

13.98g

233g/mol

=0.06mol，
该黄铜矿中Cu、Fe、S的物质的量之比为：0.03mol：0.03mol：0.06mol=1：1：2，最简式为：CuFeS₂，设X的化学式为：（CuFeS₂）_n，则（64+56+32×2）×n=368，解得：n=2，故X的化学式为Cu₂Fe₂S₄；
A．复盐可以电离出两种金属离子（包括铵根离子），冰晶石电离出的是钠离子和六氟合铝酸根离子，化学式[AlF₆]^3-，带三个负电荷，不符合复盐的特点，故A错误；
B．KAl（SO₄）₂?12H₂O溶于水电离出钾离子和铝离子，所以明矾为复盐，故B正确；
C．Ca（NO₃）Cl溶于水电离出的阳离子只有钙离子，不满足复盐的特点，故C错误；
D．（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O溶于水能够电离出铵根离子和铁离子，满足复盐的特点，故D正确；
故答案为：Cu₂Fe₂S₄或 Cu₂S?Fe₂S₃；BD；
（2）根据计算可知，X的化学式为：Cu₂Fe₂S₄，Cu₂Fe₂S₄与浓硝酸反应生成铁离子、铜离子、硫酸根离子、二氧化氮气体和水，反应的离子方程式为：Cu₂Fe₂S₄+36H⁺+34NO₃^-=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+34NO₂↑+18H₂O，
故答案为：Cu₂Fe₂S₄+36H⁺+34NO₃^-=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+34NO₂↑+18H₂O；
（3）杂质铁优先放电生成亚铁离子：Fe-2e^-=Fe²⁺，然后铜放电生成铜离子：Cu-2e^-=Cu²⁺，而Ag、Au的活泼性小于铜，电解过程中不放电，沉淀下来变成电解泥，
故答案为：Cu-2e^-=Cu²⁺、Fe-2e^-=Fe²⁺；
（4）Cu²⁺与少量氨水反应生成氢氧化铜沉淀，当氨水过量时，氢氧化铜沉淀溶解，所以铜离子与过量氨水反应的离子方程式为：Cu²⁺+4NH₃?H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O，
故答案为：Cu²⁺+4NH₃?H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O；
（5）CuCl₂具有较强的共价性，无水CuCl₂为无限长链的聚合物结构，每个Cu原子处于4个Cl原子形成的正方形的中心，则它的长链结构片段（含3个Cu原子的片段）为：，故答案为：；

（6）验证某种青瓷釉中含有四氧化三铁，可以分别检验亚铁离子和铁离子即可，方法为：取少量青瓷釉样品于研钵研碎，转移到小烧杯，加入盐酸溶解，静置；取两份上层清液于试管，一份中加入KSCN溶液，出现红色，说明有Fe³⁺；另一份加入酸性KMnO₄溶液，紫红色褪去，说明含有Fe²⁺，
故答案为：取少量青瓷釉样品于研钵研碎，转移到小烧杯，加入盐酸溶解，静置；取两份上层清液于试管，一份中加入KSCN溶液，出现红色，说明有Fe³⁺；另一份加入酸性KMnO₄溶液，紫红色褪去，说明含有Fe²⁺．

点评：本题考查了化学实验方案的设计、复杂化学式的确定、电解原理、离子方程式书写等知识，题目难度较大，试题涉及的知识点较多，充分考查了学生对所学知识的正确情况，（1）为难点，注意明确复杂化学式的确定方法．