25 [2025 绵阳改编]人类很早就掌握了相对成熟的冶铜方法。
(1) 常见的铜矿石包括黄铜矿(主要成分为 $\ce{CuFeS_{2}}$)、辉铜矿(主要成分为 $\ce{Cu_{2}S}$)、赤铜矿(主要成分为 $\ce{Cu_{2}O}$)和孔雀石[主要成分为 $\ce{Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$],其中含铜量最低的是
(2) 我国古代将炉甘石(主要成分为 $\ce{ZnCO_{3}}$)、赤铜和足量木炭粉混合后加热到 $800\ °\mathrm{C}$,得到一种外观似金子的锌和铜的合金,相关反应的化学方程式包括 $\ce{ZnCO_{3}\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}ZnO + CO_{2}\uparrow}$、
(3) $370\ \mathrm{g}$ 赤铜矿与一定量的木炭粉恰好完全反应(原理为 $\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$,杂质不参加反应),将生成的气体通入足量澄清石灰水中,得到沉淀 $125\ \mathrm{g}$,求原赤铜矿中 $\ce{Cu}$ 的质量分数(结果精确至 $0.1\%$)。
(1) 常见的铜矿石包括黄铜矿(主要成分为 $\ce{CuFeS_{2}}$)、辉铜矿(主要成分为 $\ce{Cu_{2}S}$)、赤铜矿(主要成分为 $\ce{Cu_{2}O}$)和孔雀石[主要成分为 $\ce{Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$],其中含铜量最低的是
CuFeS₂
(填化学式)。(2) 我国古代将炉甘石(主要成分为 $\ce{ZnCO_{3}}$)、赤铜和足量木炭粉混合后加热到 $800\ °\mathrm{C}$,得到一种外观似金子的锌和铜的合金,相关反应的化学方程式包括 $\ce{ZnCO_{3}\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}ZnO + CO_{2}\uparrow}$、
$\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$
、$\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$。鉴别该合金与纯金常用的试剂是$\ce{H_{2}SO_{4}}$(合理答案均可)
(填化学式)。(3) $370\ \mathrm{g}$ 赤铜矿与一定量的木炭粉恰好完全反应(原理为 $\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$,杂质不参加反应),将生成的气体通入足量澄清石灰水中,得到沉淀 $125\ \mathrm{g}$,求原赤铜矿中 $\ce{Cu}$ 的质量分数(结果精确至 $0.1\%$)。
答案：(1) $\ce{CuFeS_{2}}$
(2) $\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$ $\ce{H_{2}SO_{4}}$(合理答案均可)
(3) 解:设370 g赤铜矿中$\ce{Cu_{2}O}$的质量为x。由化学方程式$\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$和$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2}=CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$可得关系式:$\ce{2Cu_{2}O∼ CaCO_{3}}$
$\dfrac{288}{100}=\dfrac{x}{125\ \mathrm{g}}$,$x=360\ \mathrm{g}$。360 g $\ce{Cu_{2}O}$中铜元素的质量为$360\ \mathrm{g}×(\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%)=320\ \mathrm{g}$,原赤铜矿中Cu的质量分数为$\dfrac{320\ \mathrm{g}}{370\ \mathrm{g}}×100\%\approx86.5\%$。
答:原赤铜矿中Cu的质量分数约为86.5%。
【解析】(1) 黄铜矿主要成分$\ce{CuFeS_{2}}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64}{64+56+32×2}×100\%\approx34.8\%$,辉铜矿主要成分$\ce{Cu_{2}S}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64×2}{64×2+32}×100\%=80\%$,赤铜矿主要成分$\ce{Cu_{2}O}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%\approx88.9\%$,孔雀石主要成分$\ce{Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64×2}{64×2+(16+1)×2+12+16×3}×100\%\approx57.7\%$,因此含铜量最低的是$\ce{CuFeS_{2}}$。
(2) $\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$ $\ce{H_{2}SO_{4}}$(合理答案均可)
(3) 解:设370 g赤铜矿中$\ce{Cu_{2}O}$的质量为x。由化学方程式$\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$和$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2}=CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$可得关系式:$\ce{2Cu_{2}O∼ CaCO_{3}}$
$\dfrac{288}{100}=\dfrac{x}{125\ \mathrm{g}}$,$x=360\ \mathrm{g}$。360 g $\ce{Cu_{2}O}$中铜元素的质量为$360\ \mathrm{g}×(\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%)=320\ \mathrm{g}$,原赤铜矿中Cu的质量分数为$\dfrac{320\ \mathrm{g}}{370\ \mathrm{g}}×100\%\approx86.5\%$。
答:原赤铜矿中Cu的质量分数约为86.5%。
【解析】(1) 黄铜矿主要成分$\ce{CuFeS_{2}}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64}{64+56+32×2}×100\%\approx34.8\%$,辉铜矿主要成分$\ce{Cu_{2}S}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64×2}{64×2+32}×100\%=80\%$,赤铜矿主要成分$\ce{Cu_{2}O}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%\approx88.9\%$,孔雀石主要成分$\ce{Cu_{2}(OH)_{2}CO_{3}}$中铜元素的质量分数为$\dfrac{64×2}{64×2+(16+1)×2+12+16×3}×100\%\approx57.7\%$,因此含铜量最低的是$\ce{CuFeS_{2}}$。
解析：
【分析】
本题围绕古代冶铜的情境展开，分三小问解题思路如下：
(1) 要确定含铜量最低的铜矿石，需计算各铜矿石主要成分中铜元素的质量分数，通过比较数值大小得出结果，计算依据为：某元素质量分数=（该元素相对原子质量×原子个数）÷化合物相对分子质量×100%。
(2) 第一空：根据反应流程，炉甘石分解生成ZnO后，ZnO与木炭在800℃下反应生成锌和二氧化碳，据此书写化学方程式；第二空：鉴别锌铜合金与纯金，利用金属活动性差异，锌位于氢前能与酸反应，金位于氢后不与酸反应，选择合适的酸即可。
(3) 分析反应关系：赤铜矿（Cu₂O）与木炭反应生成CO₂，CO₂与澄清石灰水反应生成CaCO₃沉淀，由此建立关系式2Cu₂O ~ CaCO₃，利用CaCO₃的质量计算出Cu₂O的质量，再计算Cu₂O中Cu的质量，最后除以赤铜矿总质量得到Cu的质量分数。
【解析】
(1) 分别计算各铜矿石主要成分中铜元素的质量分数：
CuFeS₂：$\dfrac{64}{64+56+32×2}×100\%≈34.8\%$
Cu₂S：$\dfrac{64×2}{64×2+32}×100\%=80\%$
Cu₂O：$\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%≈88.9\%$
Cu₂(OH)₂CO₃：$\dfrac{64×2}{64×2+(16+1)×2+12+16×3}×100\%≈57.7\%$
比较得含铜量最低的是CuFeS₂。
(2) 炉甘石分解生成ZnO后，ZnO与木炭在800℃反应的化学方程式为：$\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$；锌铜合金中的锌能与稀硫酸反应产生气泡，纯金不反应，故鉴别试剂可选用$\ce{H_{2}SO_{4}}$（合理即可）。
(3) 解：设370 g赤铜矿中$\ce{Cu_{2}O}$的质量为x。
由反应$\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$和$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2}=CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$，可得关系式：$\ce{2Cu_{2}O∼ CaCO_{3}}$
$\dfrac{288}{100}=\dfrac{x}{125\ \mathrm{g}}$，解得$x=360\ \mathrm{g}$。
360 g $\ce{Cu_{2}O}$中铜元素的质量为：$360\ \mathrm{g}×(\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%)=320\ \mathrm{g}$
原赤铜矿中Cu的质量分数为：$\dfrac{320\ \mathrm{g}}{370\ \mathrm{g}}×100\%≈86.5\%$
答：原赤铜矿中Cu的质量分数约为86.5%。
【答案】
(1) $\ce{CuFeS_{2}}$；(2) $\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$；$\ce{H_{2}SO_{4}}$（合理即可）；(3) 约86.5%
【知识点】
化学式计算、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以古代冶铜为情境，综合考查了化学式中元素质量分数的计算、化学方程式的书写与应用、金属的鉴别及相关计算，将化学知识与实际生产结合，难度适中，需学生掌握基础化学计算和金属活动性的应用。
【难度系数】
0.6
本题围绕古代冶铜的情境展开，分三小问解题思路如下：
(1) 要确定含铜量最低的铜矿石，需计算各铜矿石主要成分中铜元素的质量分数，通过比较数值大小得出结果，计算依据为：某元素质量分数=（该元素相对原子质量×原子个数）÷化合物相对分子质量×100%。
(2) 第一空：根据反应流程，炉甘石分解生成ZnO后，ZnO与木炭在800℃下反应生成锌和二氧化碳，据此书写化学方程式；第二空：鉴别锌铜合金与纯金，利用金属活动性差异，锌位于氢前能与酸反应，金位于氢后不与酸反应，选择合适的酸即可。
(3) 分析反应关系：赤铜矿（Cu₂O）与木炭反应生成CO₂，CO₂与澄清石灰水反应生成CaCO₃沉淀，由此建立关系式2Cu₂O ~ CaCO₃，利用CaCO₃的质量计算出Cu₂O的质量，再计算Cu₂O中Cu的质量，最后除以赤铜矿总质量得到Cu的质量分数。
【解析】
(1) 分别计算各铜矿石主要成分中铜元素的质量分数：
CuFeS₂：$\dfrac{64}{64+56+32×2}×100\%≈34.8\%$
Cu₂S：$\dfrac{64×2}{64×2+32}×100\%=80\%$
Cu₂O：$\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%≈88.9\%$
Cu₂(OH)₂CO₃：$\dfrac{64×2}{64×2+(16+1)×2+12+16×3}×100\%≈57.7\%$
比较得含铜量最低的是CuFeS₂。
(2) 炉甘石分解生成ZnO后，ZnO与木炭在800℃反应的化学方程式为：$\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$；锌铜合金中的锌能与稀硫酸反应产生气泡，纯金不反应，故鉴别试剂可选用$\ce{H_{2}SO_{4}}$（合理即可）。
(3) 解：设370 g赤铜矿中$\ce{Cu_{2}O}$的质量为x。
由反应$\ce{2Cu_{2}O + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}4Cu + CO_{2}\uparrow}$和$\ce{Ca(OH)_{2} + CO_{2}=CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$，可得关系式：$\ce{2Cu_{2}O∼ CaCO_{3}}$
$\dfrac{288}{100}=\dfrac{x}{125\ \mathrm{g}}$，解得$x=360\ \mathrm{g}$。
360 g $\ce{Cu_{2}O}$中铜元素的质量为：$360\ \mathrm{g}×(\dfrac{64×2}{64×2+16}×100\%)=320\ \mathrm{g}$
原赤铜矿中Cu的质量分数为：$\dfrac{320\ \mathrm{g}}{370\ \mathrm{g}}×100\%≈86.5\%$
答：原赤铜矿中Cu的质量分数约为86.5%。
【答案】
(1) $\ce{CuFeS_{2}}$；(2) $\ce{2ZnO + C\xlongequal{800\ °\mathrm{C}}2Zn + CO_{2}\uparrow}$；$\ce{H_{2}SO_{4}}$（合理即可）；(3) 约86.5%
【知识点】
化学式计算、化学方程式书写、根据化学方程式计算
【点评】
本题以古代冶铜为情境，综合考查了化学式中元素质量分数的计算、化学方程式的书写与应用、金属的鉴别及相关计算，将化学知识与实际生产结合，难度适中，需学生掌握基础化学计算和金属活动性的应用。
【难度系数】
0.6