Question

【題目】下圖是以黃銅礦(主要成分為CuFeS2)為原料制取膽礬晶體的流程：

已知：

ⅰ．高溫焙燒時的主要反應(yīng)有：2CuFeS2+O2Cu2S+2FeS+SO2

2Cu2S+ 5O22CuO+2CuSO4，2FeS+3O22FeO+2SO2 ;

ⅱ．常溫下Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38，Ksp[Cu(OH)2]=3.0×10-20。

（1）CuFeS2中硫元素的化合價為______________________，寫出上述流程中生成亞硫酸銨的化學(xué)方程式：______________________________________________________________________。

（2）最適合的試劑A是__________（寫化學(xué)式）溶液；當試劑A的濃度為6.0mol·L-1時 ，“浸出”實驗中，銅的浸出率結(jié)果如下圖所示。由圖可知，當銅的浸出率為90% 時，所采用的實驗條件(溫度、時間)為__________。

（3）最適合的試劑C是__________(填標號)。

a．Cl2b． H2O2 溶液 c．酸性高錳酸鉀溶液 d．濃硫酸

（4）加入適量CuO粉末的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，促進Fe3+水解，達到除雜的目的。寫出實現(xiàn)該目的的總反應(yīng)的離子方程式：_________________________________________________________。

（5）有同學(xué)懷疑CuO不一定能達到上述目的，而小張同學(xué)卻認為可以通過計算來確定。設(shè)溶液中Cu2+的濃度為3.0 mol·L-1，則Cu2+開始沉淀時溶液的pH 為__________，Fe3+沉淀完全時溶液的pH 為__________。通過計算判斷加入CuO__________(填“能”或“不能”)達到目的(提示：1g 5=0.7;通常認為殘留在溶液中的某離子濃度小于1.0×10-5 mol·L-1 時，就認為該離子已沉淀完全)。

（6）假設(shè)流程圖中消耗的CuO為ag，最終制得bg膽礬晶體，消耗黃銅礦的質(zhì)量為cg，不考慮生產(chǎn)過程中的損失，則黃銅礦中CuFeS2的質(zhì)量分數(shù)為__________(寫出原始的計算結(jié)果即可，不必化簡)。

Answer 1

【答案】 -2 SO2+(NH4)2CO3=(NH4)2SO3+CO2 H2SO4 90℃、2 h b 2Fe3++3CuO+3H2O=2Fe(OH)3+3Cu2+ 4.0 3.0 能 ×100%

【解析】（1）CuFeS2中銅的化合價為+2價，鐵的化合價為+2價，根據(jù)元素化合價代數(shù)和為零可知硫的化合價為-2價；上述流程中黃銅礦高溫焙燒產(chǎn)生的氣體是二氧化硫，二氧化硫與碳酸銨反應(yīng)生成亞硫酸銨和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO2+(NH4)2CO3=(NH4)2SO3+CO2；（2）以黃銅礦為原料制取膽礬晶體，焙燒后生成的氧化物必須先用硫酸溶解，故最適合的試劑A是H2SO4；由圖中信息可知，當銅的浸出率為90% 時，所采用的實驗條件(溫度、時間)為：90℃、2h；（3）試劑C是將溶液B中的亞鐵離子氧化為鐵離子，在加入氧化銅調(diào)節(jié)pH值后水解轉(zhuǎn)化為沉淀而除去鐵，最適合的試劑C是H2O2 溶液，將亞鐵離子氧化為鐵離子的同時產(chǎn)生水，沒有引入新的雜質(zhì)，答案選b；（4）加入適量CuO粉末的作用是調(diào)節(jié)溶液的pH，促進Fe3+水解生成氫氧化鐵，同時氧化銅溶解生成Cu2+，達到除雜的目的。實現(xiàn)該目的的總反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3++3CuO+3H2O=2Fe(OH)3+3Cu2+；（5）常溫下Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)c2(OH-)=3.0 mol·L-1×c2(OH-)=3.0×10-20，則c(OH-)=1.0×10-10，c(H+)=1.0×10-4，pH=4.0，即Cu2+開始沉淀時溶液的pH 為4.0；通常認為殘留在溶液中的某離子濃度小于1.0×10-5 mol·L-1 時，就認為該離子已沉淀完全，Ksp[Fe(OH)3] =c(Fe3+)c3(OH-)=1.0×10-5 mol·L-1×c3(OH-)=8.0×10-38，則c(OH-)=1.0×10-11，c(H+)=1.0×10-3，pH=3.0，由于Cu2+開始沉淀時溶液的pH 為4.0，Fe3+沉淀完全時溶液的pH 為3.0，加入CuO能達到目的；（6）根據(jù)銅的質(zhì)量守恒黃銅礦和加入的氧化銅中的銅的總質(zhì)量先于膽礬晶體中銅的總質(zhì)量，黃銅礦中CuFeS2的質(zhì)量分數(shù)為x，則有：cg×x×+ag×=bg，解得x=×100%。