Question

【題目】氧化亞銅(Cu2O)是一種用途廣泛的光電材料，某工廠以硫化銅礦石(含 CuFeS2、Cu2S等)為原料制取Cu2O的工藝流程如下：

常溫下幾種物質開始形成沉淀與完全沉淀時的pH如下表：

	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Cu(OH)2
開始沉淀	7.5	2.7	4.8
完全沉淀	9.0	3.7	6.4

(1)爐氣中的有害氣體成分是________，Cu2S與O2反應時，氧化劑與還原劑的物質的量之比為______。

(2)試劑X是H2O2溶液，當試劑X是___________時，更有利于降低生產成本。

(3)加入試劑Y調pH時，pH的調控范圍是________。

(4)“還原”步驟中為提高N2H4轉化率可采取的措施有_________(填序號)。

a．不斷攪拌，使N2H4和溶液充分接觸 b．增大通入N2H4的流速

c．減少KOH的進入量 d．減小通入N2H4的流速

(5)寫出用N2H4制備Cu2O的化學方程式為_______________

(6)操作X包括烘干，其中烘干時要隔絕空氣，其目的是____________。

Answer 1

【答案】SO2 2∶1 空氣或氧氣 3.7≤pH<4.8 ad 4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O 防止Cu2O被空氣中氧氣氧化

【解析】

根據流程：硫化銅礦石(含CuFeS2、Cu2S等)預處理后與氧氣焙燒，根據后續流程可知該過程中Cu元素全部轉化為CuO，鐵元素轉化為FeO和Fe2O3，根據S元素的價態規律可知其轉化為SO2；加入稀硫酸溶解金屬氧化物，得到含有Cu2+、Fe2+、Fe3+的酸性溶液，加入試劑X將Fe2+氧化為Fe3+，加入試劑Y調節pH為3.7～4.8沉淀Fe3+，過濾，將濾液用KOH、N2H4還原，得到氧化亞銅沉淀，過濾，洗滌、隔絕空氣烘干，制得Cu2O，據此分析作答。

(1)焙燒過程中S元素會被氧化成有害氣體SO2；Cu2S與O2反應時Cu元素化合價由+1價升為+2價，S元素化合價由-2價升為+4價，所以Cu2S為還原劑，整體化合價升高8價，O2為氧化劑，O元素由0價降為-2價，一個氧氣降低4價，所以氧化劑和還原劑的物質的量之比為2:1；

(2)酸性條件下，氧氣也可將Fe2+氧化為Fe3+，而氧氣或空氣價格遠低于過氧化氫，故可用氧氣或空氣替代過氧化氫，降低成本；

(3)加入試劑Y的目的是調節pH完全沉淀Fe3+，但不沉淀Cu2+，根據表中數據可知，pH范圍為：3.7≤pH＜4.8；

(4)a．不斷攪拌，使N2H4和溶液充分接觸可以加快反應速率，提高單位時間內N2H4的轉化率，故a符合題意；

b．流速過快N2H4不能充分反應，轉化率減小，故b不符合題意；

c．減少KOH的進入量會降低溶液對N2H4的吸收量，轉化率減小，故c不符合題意；

d．減小通入N2H4的流速可以使反應更充分，故d符合題意；

綜上所述選ad；

(5)N2H4制備Cu2O的反應物有CuSO4、N2H4和KOH，產物有N2和Cu2O等，該過程中+2價的銅元素將-2價的N元素氧化，根據電子守恒和元素守恒可得化學方程式為4CuSO4＋N2H4＋8KOH2Cu2O＋N2↑＋4K2SO4＋6H2O；

(6)因為Cu2O具有還原性，在加熱條件下易被空氣氧化，故烘干過程要隔絕空氣；