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高中三年级化学

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首页 高中三年级化学知识 单质铜 工业生产其他物质（工业制备碳酸锂，硫酸钡等化工原理） 金属、非金属的有关计算 试题正文
  • 填空题
    某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和大量脉石（SiO2）,现采用酸浸法从矿石中提取铜，其流程图如下

    已知：
    ①当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜；
    ②反萃取后的水层是硫酸铜溶液，Cu2+浓度约为50g/L。
    回答下列问题：
    （1）矿石用稀硫酸浸出过程中氧化亚铜发生的反应为：Cu2O+2H+==Cu2++Cu+H2O；请写出该过程中发生的另一个氧化还原反应的离子方程式：______________________。
    （2）写出用惰性电极电解水层的电解总反应方程式：_________________________。
    （3）循环中反萃取剂B的主要成分是___________________。
    （4）某铜矿石样品中，若仅含氧化亚铜、三氧化二铁和脉石三种物质。取该矿石样品200.0g，用100mL1.0mol/LH2SO4溶液浸取后，还需加入10mL 1.0mol/L Fe2(SO4)3溶液才能使铜全部浸出，浸取液经充分电解后可得到 6.4gCu。求铜矿石样品中氧化亚铜和氧化铁的质量分数？
    本题信息：2012年模拟题化学填空题难度较难 来源:于丽娜
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本试题 “某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和大量脉石（SiO2）,现采用酸浸法从矿石中提取铜，其流程图如下已知：①当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用硫酸和硫...” 主要考查您对

单质铜

工业生产其他物质（工业制备碳酸锂，硫酸钡等化工原理）

金属、非金属的有关计算

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  • 单质铜
  • 工业生产其他物质（工业制备碳酸锂，硫酸钡等化工原理）
  • 金属、非金属的有关计算

铜元素：

在元素周期表中的位置：铜的原子序数29，位于周期表中第四周期，第IB族。
(1)物理性质：有金属光泽，紫红色固体，密度较大，导电导热性能很好，具有很好的延展性，铜属于重金属、有色金属、常见金属，不能被磁铁吸引。
(2)化学性质： 铜常见的化合价为+1价和+2价
①在加热条件下，铜可与多种非金属单质反应。一般来说，遇到氧化性较弱的非金属，铜显较低化合价；遇到氧化性较强的非金属，铜显较高化合价。例如：与强氧化剂反应（如Cl2  Br2等)生成+2价铜的化合物。如：
Cu+Cl2CuCl2          2Cu+O22CuO
②铜与酸反应：铜只能被氧化性酸中的中心元素氧化。例如：

③铜与盐溶液反应：
Cu+2AgClCuCl2+2Ag



铜与铁的对比：

从金属活性顺序表：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au可知，金属铁的金属活性比铜强，所以单质Fe可以从Cu的溶液中还原出单质来，例如： Fe+CuCl2FeCl2+Cu
即Fe的还原性强于Cu


铜与浓硫酸和稀硫酸的反应：

Cu+2H2SO4(浓）CuSO4+SO2↑+2H2O
2Cu+O2+2H2SO4(稀）2CuSO4+2H2O
注意：从金属活性顺序表：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H）Cu Hg Ag Pt Au 可知，铜不能与稀硫酸发生反应，但是在有氧气和加热的条件下可以反应


铜与铜的化合物之间的转换图：




铜的制备和精炼:

(1)工业炼铜法：CuO+COCu+CO2
(2)湿法炼铜：Fe+CuSO4FeSO4+Cu
(3)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜（粗铜）：
2CuFeS2+4O2Cu2S+3SO2+2FeO(炉渣）
2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2
2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑
备注：粗铜中铜的的含量为99.5%-99.7%，主要含有Ag、Zn、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%-99.98%的铜，原理为用粗铜作阳极，失去电子变为Cu2+，用纯铜棒作阴极即可得精铜。


化工生产过程中的基本问题：

1．确定化工生产的最佳过程
确定化工生产反应原理与过程的一般方法：对于某一具体的化工产品，研究生产过程要从产品的化学组成和性质考虑，来确定原料和生产路线。
①分析产品的化学组成，据此确定生产产品的主要原料；
②分析产品与生产原料之间关键元素的性质，确定主要生产步骤；
③分析生产原料的性质．确定反应原理。
2．选择化工生产的最佳原料
选择原料首先要考虑化学反应原理，此外还要考虑厂址选择、原料供应、能源供应、工业用水供应、产品存储、产品运输、产品预处理成本、环境保护等。
3．控制最佳化学反应条件
控制反应条件是取得化工生产最佳综合效益的重要环节之一。控制反应条件要应用化学反应速率理论和化学平衡原理，结合具体化学反应的特点以及生产技术和设备条件、能源消耗等，控制最佳化学反应速率和反应物的平衡转化率。
4．科学治理工业“三废”
“三废”主要是指废气、废液和废渣。治理“三废” 首先要从设计生产工艺与选择原料做起，即从源头上解决问题；其次是把好排放关，对排出的“三废”的处理，要尽最大努力使其资源化，最低要求是无害化。
5．充分利用“废热”
通过热交换或其他方式利用化学反应所放出的热量。

硫代硫酸钠的工业制法：

(1)亚硫酸钠　
将纯碱溶解后，与（硫磺燃烧生成的）二氧化硫作用生成亚硫酸钠，再加入硫磺沸腾反应，经过滤、浓缩、结晶，制得硫代硫酸钠。　　
Na2CO3+SO2==Na2SO3+CO2 　　Na2SO3+S+5H2O==Na2S2O3·5H2O 　　
(2)硫化碱法　
利用硫化碱蒸发残渣、硫化钡废水中的碳酸钠和硫化钠与硫磺废气中的二氧化硫反应，经吸硫、蒸发、结晶，制得硫代硫酸钠。　
2Na2S+Na2CO3+4SO2==3Na2S2O3+CO2 　　
(3)氧化、亚硫酸钠和重结晶法　
由含硫化钠、亚硫酸钠和烧碱的液体经加硫、氧化；亚硫酸氢钠经加硫及粗制硫代硫酸钠重结晶三者所得硫代硫酸钠混合、浓缩、结晶，制得硫代硫酸钠。　　
2Na2S+2S＋3O2==2Na2S2O3 　　Na2SO3+S==Na2S2O3 　　
(4)重结晶法　
将粗制硫代硫酸钠晶体溶解（或用粗制硫代硫酸钠溶液），经除杂，浓缩、结晶，制得硫代硫酸钠。
砷碱法净化气体副产　利用焦炉煤气砷碱法脱硫过程中的下脚（含Na2S2O3），经吸滤、浓缩、结晶后，制得硫代硫酸钠。

高锰酸钾的工业制法：

工业上利用二氧化锰制备高锰酸钾，其步骤是
(1)二氧化锰与氢氧化钾共熔并通入氧气：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O
(2)电解锰酸钾溶液：2K2MnO4+2H2O2KMnO4+H2↑+2KOH
高锰酸钾常见的制备方法有以下两矿石中取得的二氧化锰和氢氧化钾在空气中或混合硝酸钾（提供氧气）加热，产生锰酸钾，再于碱性溶液中与氧化剂进行电解氧化得到高锰酸钾。　　2MnO2+4KOH+O2→2K2MnO4+2H2O 　　2K2MnO4+Cl2→2KMnO4+2KCl 　　
也可以用MnSO4在酸性环境中和二氧化铅（PbO2）或铋酸钠（NaBiO3）等强氧化剂反应产生。此反应也用于检验二价锰离子的存在，因为高锰酸钾的颜色明显种：
①法一：以MnO2（软锰矿）为原料制KMnO4
第一步：Mn(IV)→Mn(VI) 2MnO2+4KOH+O2====2K2MnO4+2H2O
第二步：CO2歧化K2MnO4 K2MnO4+2CO2====2KMnO4+MnO2+2K2CO3
这种制备方法的最高产率为66.7% 法
②电解法：阳极：2MnO42--2e-→2MnO4- 阴极：2H2O+2e-→H2↑+2OH- 总电解反应方程式为2K2MnO4+2H2O→2KMnO4+2KOH+H2↑
理论产率可达100%

纯硅的制取：

工业上在电炉内，用硅石和碳反应得粗硅和一氧化碳，然后用粗硅和氯气反应得四氯化硅，再用四氯化硅和氢气反应的纯硅和氯化氢，这样就完成硅的制造。（第一步完全相同，第二部有三种方法，工业上用的的是西门子的方法，其他两种不常见。）反应方程式
(1)石英制硅（冶金级），这一步是粗硅制取硅商业上是由高纯度的石英砂和木头，焦炭和煤使用碳棒电极在电弧炉中制得。在高于1900°C的温度下，依照下列方程式碳把石英砂还原成硅： SiO2+C→Si+CO2. SiO2+2C→Si+2CO. 这一过程所的硅称为冶金级硅。纯度为98%-99%。另外，硅制备办法还有熔盐电解法，即电解熔解的二氧化硅。
(2)高纯硅的制备在制备高纯硅之前，需要把粗硅转化成三氯化氢硅（300°C）： Si+3HCl→HSiCl3+H2 接着，通过精馏使SiHCl3与其它氯化物分离，经过精馏的SiHCl3，其杂质水平可低于10-10％的电子级硅要求。然后，提纯后的SiHCl3通过CVD原理在1150°C下制备出多晶硅粉。2HSiCl3→Si+2HCl+SiCl4.


金属，非金属的相关计算：

包括金属及化合物、金属与非金属化合物、非金属化合物之间的反应的计算，解此类题的关键是正确的写出反应方程式，明确物质间的等量关系。明确物质之间的反应，正确写出方程式，此类题可迎刃而解。

AlCl3与NaOH反应的相关计算：

 
1、求Al(OH)3沉淀的量


2、求反应物碱的量

铝与酸、碱反应的计算规律：

铝分别与盐酸、氢氧化钠溶液反应的原理：
 
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为
(2)足量的锅分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为
(3)一定量的铝分别和一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为，则必定是：
①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。

解有关硝酸与金属反应的计算题的技巧：

1.灵活运用得失电子守恒、原子守恒及溶液中的电荷守恒关系例如Cu与HNO3反应中就有以下等量关系：
(1)N原子守恒：反应前所有的N只存在于HNO3中；反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设此处有NO3、NO)和Cu(NO3)3，若HNO3过量，则过量HNO3中也含一部分N，则有：n(N)=n(NO2)+ n(NO)+2n[Cu(NO3)3]+n剩(HNO3)。
(2)得失电子守恒：在反应中失去电子的是参加反应的Cu，；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO3-+e→ NO2、NO3-+3e→NO。根据得失电子守恒，则有：
(3)溶液中的电荷守恒：在任何溶液中，阴离子所带负电荷总数与阳离子所带正电荷总数在数值上是相等的。在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu2+，阴离子只有NO3-(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H+、OH-)；若HNO3过量，溶液中阳离子有Cu2+和H+，阴离子只有NO3-。则有：
①若HNO3不过量：
②若HNO3过量：
2．铁与稀HNO3的反应规律


(2)上述反应可以认为先发生反应①，若Fe有剩余则发生①×2+ ③即得反应②，所以，无论是反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参加反应的HNO3的。


有关镁、铝的图像集锦：

Al(OH)3与Al3+、AlO2-之间的转化，是建立在 Al(OH)3两性基础上的，有关相互转化的配比和沉淀Al(OH)3的质量变化，见下表：



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