有關1997年全國高中學生化學競賽(初賽)試題答案?

題目：

有關1997年全國高中學生化學競賽(初賽)試題答案?
第三題有一個方程式是4CuFeS2＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2O3＋8SO2.爲什麼不生成氧化銅,

解答：

答案錯了,4CuFeS2＋15O2＝4CuSO4＋2Fe2O3＋4SO2
至於「爲什麼不生成氧化銅」這個問題,在前面題目就有說明了：「生成物冷卻後經溶解、除鐵、結晶,得到CuSO4•5H2O,成本降低了許多.」
第三題（19分）
用黃銅礦煉銅按反應物和生成物可將總反應可以寫成：
CuFeS2＋SiO2＋O2 Cu＋FeSiO3＋SO2
事實上冶煉反應是分步進行的.
①黃銅礦在氧氣作用下生成硫化亞銅和硫化亞鐵；
②硫化亞鐵在氧氣作用下生成氧化亞鐵,並與二氧化矽反應生成礦渣；
③硫化亞銅與氧氣反應生成氧化亞銅；
④硫化亞銅與氧化亞銅反應生成銅.
1．寫出上述各個分步反應（①,②,③,④）的化學方程式.
2．給出總反應方程式的係數.
3．據最新報導,有一種叫Thibacillus ferroxidans的細菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽.反應是在酸性溶液中發生的.試寫出配平的化學方程式.
4．最近我國學者發現,以精CuFeS2礦爲原料在沸騰爐中和O2 (空氣)反應, 生成物冷卻後經溶解、除鐵、結晶,得到CuSO4•5H2O,成本降低了許多.實驗結果如下：
沸騰爐溫度/℃ 560 580 600 620 640 660
生
成
物 水溶性Cu/% 90.12 91.24 93.50 92.38 89.96 84.23
酸溶性Cu/% 92.00 93.60 97.08 97.82 98.16 98.19
酸溶性Fe/% 8.56 6.72 3.46 2.78 2.37 2.28
回答如下問題：
（1）CuFeS2和O2主要反應的方程式爲
（2）實際生產過程的沸騰爐溫度爲 600～620℃.控制反應溫度的方法是
（3）溫度高於600～620℃生成物中水溶性Cu（%）下降的原因是
【解題思路與試題分析1】
本題由三個相互獨立的問題組成,可以認爲是三個題,占總分的較大比例,但由於都是有關黃銅礦的利用問題,因而被編在一起,而且多少相互之間可以起到「條件不同反應不同」的關聯作用.與前兩題相比,本題的第一部分比較簡單,好像是命題人考慮著對前面的試題可能解答得不好的學生起一點安撫鼓勵作用.寫四個分步反應的方程式的考核點只是把題面的表述轉換成化學方程式,但題面並沒有指出生成物中的硫的形態.根據中學化學知識,可以想見它是SO2,大多數學生應該不會寫錯.其中第四個反應就是所謂「冰銅」反應,比較特殊,但試題已經告訴大家反應產物的含銅物質應該只有一種,即金屬銅,這就降低了難度,可見應答時永遠不應離開試題提供的知識背景.
【解1】
2CuFeS2＋O2＝Cu2S＋2FeS＋SO2（1分）
（寫S、SO3不寫SO2不得分）
FeS＋O2＝FeO＋SO2（1分）
（寫S、SO3不寫SO2不得分）
FeO＋SiO2＝FeSiO3（1分）
（寫其他產物不得分）
2Cu2S＋3O2＝2Cu2O＋2SO2（1分）
（寫S、SO3不寫SO2不得分）
Cu2S＋2Cu2O＝6Cu＋SO2（1分）
（寫S、SO3不寫SO2不得分）
不配平不得分.
2．2CuFeS2＋2SiO2＋5O2＝2Cu＋2FeSiO3＋4SO2（2分）
【解題思路與試題分析2】
問題2配平總方程式的係數,比較費事,考查機敏.配平的方法很多,條條大路通羅馬.比較簡單的是不管黃鐵礦里的銅、鐵和硫應當是什麼價態的,假設鐵是＋2價的,銅也是＋2價的,硫是－2價的,這樣,鐵在反應後價態不變,就省事多了.這種假設不會出現錯誤,其原因是氧化還原的電子得失總數是一定的.
【解2】
2CuFeS2＋2SiO2＋5O2＝2Cu＋2FeSiO3＋4SO2（2分）
【解題思路與試題分析3】
問題3也是寫方程式,熟悉過去競賽試題的選手可能覺得似曾相識,但並非陳題.根據給出的信息,不難首先得出這樣的結論：反應得到的溶液由CuSO4和Fe2(SO4)3組成.因爲有氧氣參加反應,銅和鐵均應成水溶液中的穩定高價,似不會弄錯.考慮到學生可能的錯誤,判分標準比較松.這個反應的關鍵是產物里要添硫酸根,爲此題面對反應的條件作了說明：酸性溶液；但爲避免暗示過多,沒有說要加硫酸.
【解3】
4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O（4分）
（註：不寫硫酸鐵而寫硫酸亞鐵給一半分）
【評論】
分析應答結果,許多學生因不會正確書寫離子方程式和分子方程式二而失分.他們寫的方程式是「非驢非馬」的既非離子方程式又非分子方程式的「混雜」方程式.這中錯誤是嚴重的,不利於今後的學習,不能給分.我們建議正常課堂教學要針對學生這種錯誤來訓練.
【解題思路與試題分析4】
問題4比前面的試題更推進一步,信息是以表格中的數據的形式間接地呈現的.表格用沸騰爐的溫度首先排除學生對「沸騰」二字的可能誤解,這裡的「沸騰」並非意味著爐子裡有水之類的溶劑（試題設計人估計學生並沒有固體在上行氣流衝擊下如同沸騰的那種工業反應器的概念,並沒有考察這樣專門的知識,但中學老師說,沸騰爐的概念在講黃鐵礦制硫酸中講到的）.表格還用水溶性銅、酸溶性銅和酸溶性鐵的信息表明,沸騰爐里的含鐵產物肯定不是鐵的硫酸鹽,因爲並沒有說有水溶性鐵,因而可以得出結論：燃燒產物中的鐵是以氧化物的方式存在的.（這正是與本題一開始的傳統冶煉反應不同之處,否則爲什麼是最新成果,而且是我國學者的成果呢?）至於鐵的氧化物爲什麼隨溫度升高溶於酸的程度降低?本題沒有要求作答.這個知識大大超過中學生的知識水平.其實,氧化物的酸溶性隨煅燒或燒結溫度升高而下降是一個普遍現象.例如用作煉鋼爐襯裡的氧化鎂就是經過高溫燒結的酸溶性很差的氧化物,還可以舉出的典型物質是剛玉（Al2O3）,用作坩堝等高溫容器,酸溶性極差.這些化學知識似應在優秀中學生中間做點普及,不要以爲鹼性或兩性金屬氧化物都易溶於酸（熱力學上要溶,動力學上不溶!）.本題給分充分考慮了中學生的知識水平,比較寬鬆.
【解4】
（1）4CuFeS2＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2O3＋8SO2（4分）
（2）控制加入CuFeS2的速度,因CuFeS2與O2反應放熱.（2分）
（3）CuSO4＝CuO＋SO3（2分）
（答SO2＋1/2O2不扣分）
（註：（1）的反應產物不寫氧化鐵寫氧化亞鐵或四氧化三鐵也可以給一半分.雖然實際反應產物是氧化鐵, 但對中學生,做出正確判斷根據可能不足.）
【評論】
實際應答結果,許多學生只能完成本題的前兩個小題,做不出最後一小題.有人認爲,可能學生沒有關於氧化物的酸溶性的概念的緣故,如果這樣,這個小題的設計水平是脫離學生實際的.是否這樣,有待今後仔細分析.