Question

5．我國產(chǎn)銅主要取自黃銅礦（CuFeS₂），隨著礦石品味的降低和環(huán)保要求的提高，濕法煉銅的優(yōu)勢日益突出．該工藝的核心是黃銅礦的浸出，目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三種方法．
I．氧化浸出
（1）在硫酸介質(zhì)中用雙氧水將黃銅礦氧化，測得有SO₄^2-生成．
①該反應(yīng)的離子方程式為2CuFeS₂+17H₂O₂+2 H⁺═2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O．
②該反應(yīng)在25-50℃下進(jìn)行，實(shí)際生產(chǎn)中雙氧水的消耗量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論值，試分析其原因?yàn)镠₂O₂受熱分解，產(chǎn)物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等．
Ⅱ．配位浸出
反應(yīng)原理：CuFeS₂+NH₃•H₂O+O₂+OH^-→Cu（NH₃）₄²⁺+Fe₂O₃+SO₄^2-+H₂O（未配平）
（2）為提高黃銅礦的浸出率，可采取的措施提高氨水的濃度、提高氧壓（其他合理答案也可給分）（．
（3）為穩(wěn)定浸出液的pH，生產(chǎn)中需要向氨水中添加NH₄C1，構(gòu)成NH₃•H₂O-NH₄Cl緩沖溶液．某小組在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該緩沖體系進(jìn)行了研究：25℃時(shí)，向a mol•L^-1的氨水中緩慢加入等體積0.02mol•L^-1的NH₄C1溶液，平衡時(shí)溶液呈中性．則NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$（用含a的代數(shù)式表示）；滴加NH₄C1溶液的過程中水的電離平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
Ⅲ．生物浸出在反應(yīng)釜中加入黃銅礦、硫酸鐵、硫酸和微生物，并鼓入空氣，黃銅礦逐漸溶解，反應(yīng)釜中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示．

（4）在微生物的作用下，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄（或Fe³⁺、H⁺）（填化學(xué)式），微生物參與的離子反應(yīng)方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺任寫一個(gè)（任寫一個(gè)）．
（5）假如黃銅礦中的鐵元素最終全部轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，當(dāng)有2mol SO₄^2-生成時(shí)，理論上消耗O₂的物質(zhì)的量為4.25mol．

Answer 1

分析 I．氧化浸出
（1）在硫酸介質(zhì)中用雙氧水將黃銅礦氧化，測得有SO₄^2-生成．
①酸性條件下，雙氧水和黃銅礦反應(yīng)生成銅離子、銅離子、硫酸根離子和水；
②雙氧水不穩(wěn)定，受熱易分解生成水和氧氣，且銅離子、鐵離子能促進(jìn)雙氧水分解；
Ⅱ．配位浸出
（2）為提高黃銅礦的浸出率，可采取的措施有增大反應(yīng)物濃度或增大壓強(qiáng)；
（3）25℃時(shí)，向a mol•L^-1的氨水中緩慢加入等體積0.02mol•L^-1的NH₄C1溶液，平衡時(shí)溶液呈中性，
則溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7 mol/L，根據(jù)電荷守恒得c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.01mol/L，
則NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$；
含有弱離子的鹽促進(jìn)水電離；
Ⅲ．（4）由圖知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中間產(chǎn)物；
（5）鐵元素最終全部轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，硫元素轉(zhuǎn)化為硫酸根，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算．

解答 解：（1）①酸性條件下，雙氧水和黃銅礦反應(yīng)生成銅離子、銅離子、硫酸根離子和水，離子方程式為2CuFeS₂+17H₂O₂+2 H⁺═2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O，
故答案為：2CuFeS₂+17H₂O₂+2 H⁺═2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O；
②雙氧水不穩(wěn)定，受熱易分解生成水和氧氣，且銅離子、鐵離子能促進(jìn)雙氧水分解，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中雙氧水的消耗量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論值，
故答案為：H₂O₂受熱分解、產(chǎn)物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等；
（2）為提高黃銅礦的浸出率，可采取的措施有增大反應(yīng)物濃度或增大壓強(qiáng)，所以可以通過提高氨水濃度、提高氧壓來實(shí)現(xiàn)，故答案為：提高氨水的濃度、提高氧壓（其他合理答案也可給分）；
（3）25℃時(shí)，向a mol•L^-1的氨水中緩慢加入等體積0.02mol•L^-1的NH₄C1溶液，平衡時(shí)溶液呈中性，
則溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7 mol/L，根據(jù)電荷守恒得c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.01mol/L，
則NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（N{{H}_{4}}^{+}）．c（O{H}^{-}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$=$\frac{0.01×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}}$=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；
銨根能與氫氧根結(jié)合，促進(jìn)水的電離，則水的電離平衡向正方向移動(dòng)，
故答案為：$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；正向；
（4）由圖知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中間產(chǎn)物，可循環(huán)使用；微生物參與的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺任寫一個(gè)，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄（或Fe³⁺、H⁺）；
4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺任寫一個(gè)；
（5）鐵元素最終全部轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，硫元素轉(zhuǎn)化為硫酸根，當(dāng)有2mol SO₄^2-生成時(shí)，失去電子工17mol，消耗O₂的物質(zhì)的量為$\frac{17}{4}$mol=4.25mol，
故答案為：4.25 mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及方程式的有關(guān)計(jì)算、離子方程式書寫、電離平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理、物質(zhì)性質(zhì)及離子方程式書寫規(guī)則是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是一水合氨電離平衡常數(shù)的計(jì)算．