Question

13．黃鐵礦（主要成分FeS₂）、黃銅礦（主要成分CuFeS₂）均是自然界中的常見(jiàn)礦物資源．

（1）Stumm和Morgan提出黃鐵礦在空氣中氧化的四步反應(yīng)如題圖-1所示：
①a反應(yīng)中每生成1molFeSO₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為7mol．
②d反應(yīng)的離子方程式為FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
（2）用細(xì)菌冶銅時(shí)，當(dāng)黃銅礦中伴有黃鐵礦可明顯提高浸取速率，其原理如題圖-2
①冶煉過(guò)程中，正極周圍溶液的pH增大（選填：“增大”、“減小”或“不變”）
②負(fù)極產(chǎn)生單質(zhì)硫的電極反應(yīng)式為CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S．
（3）煤炭中的硫主要以黃鐵礦形式存在，用氫氣脫除黃鐵礦中硫的相關(guān)反應(yīng)（見(jiàn)下表），其相關(guān)反應(yīng)的平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值與溫度的關(guān)系如題圖-3．

相關(guān)反應(yīng)	反應(yīng)熱	平衡常數(shù)K
FeS2（s）+H2（g）?FeS（s）+H2S（g）	△H1	K1
$\frac{1}{2}$FeS2（s）+H2（g）?$\frac{1}{2}$Fe（s）+H2S（g）	△H2	K2
FeS（s）+H2（g）?Fe（s）+H2S（g）	△H3	K3

①上述反應(yīng)中，△H₁＞0（選填：“＞”或“＜”）．
②提高硫的脫除率可采取的措施有升高溫度（舉1例）．
③1000K時(shí)，平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)lgK₁、lgK₂和lgK₃之間的關(guān)系為lgK₂=lgK₁+lgK₃．

Answer 1

分析 （1）a反應(yīng)原理是硫化亞鐵中的硫離子被氧化生成硫酸根，化合價(jià)變化為：+6-（-1）=7；d反應(yīng)原理是硫化亞鐵與鐵離子反應(yīng)，鐵離子被還原生成亞鐵離子，硫離子被氧化為硫酸根離子；
（2）①用細(xì)菌冶銅時(shí)，正極為氧氣放電，氧氣得到電子，結(jié)合溶液中的H離子生成水；
②負(fù)極黃鐵礦中的硫失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)；
（3）①由圖可知，溫度越高，K值越大，說(shuō)明此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
②由圖可知：溫度升高，反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，硫的脫除率越高；
③由圖可知：1000K時(shí)，平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)lgK₁=2、lgK₂=-1、lgK₃=-3，據(jù)此解答即可．

解答 解：（1）①a反應(yīng)原理是硫化亞鐵中的硫離子被氧化生成硫酸根，化合價(jià)變化為：+6-（-1）=7，即每有1molFeSO₄生成轉(zhuǎn)移移電子的物質(zhì)的量為7mol，故答案為：7；
②d反應(yīng)原理是硫化亞鐵與鐵離子反應(yīng)，鐵離子被還原生成亞鐵離子，硫離子被氧化為硫酸根，離子反應(yīng)方程式為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
（2）①正極為氧氣放電，氧氣得到電子，結(jié)合溶液中的H⁺離子生成水，故溶液中氫離子濃度減小，pH值增大，故答案為：增大；
②負(fù)極黃鐵礦中的硫失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)，電極反應(yīng)方程式為：CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S，故答案為：CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S；
（3）①由圖可知，溫度越高，K值越大，說(shuō)明此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故△H＞0，故答案為：＞；
②由圖可知：此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故升高溫度，可以使反應(yīng)向正向移動(dòng)，即硫的脫除率越高，故答案為：升高溫度；
③由圖可知：1000K時(shí)，平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)lgK₁=2、lgK₂=-1、lgK₃=-3，故lgK₂=lgK₁+lgK₃，故答案為：lgK₂=lgK₁+lgK₃．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，涉及知識(shí)點(diǎn)有氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)方程式書寫、反應(yīng)熱判斷等，難度較大．