Question

細(xì)菌冶金是一種新工藝，其能耗少、減少環(huán)境污染．稱為“綠色冶金”．其原理：①氧化硫硫桿菌和聚硫桿菌能把礦石中的硫氧化成硫酸，反應(yīng)式為2S+3O₂+2H₂O═2H₂SO₄，②氧化亞鐵硫桿菌在上面產(chǎn)生的硫酸中能把硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵③細(xì)菌得到了所需要的能量，生成的硫酸鐵可把FeS₂（黃鐵礦）和Cu₂S（輝銅礦）等轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄曰�合物而從礦石中溶解出來，其化學(xué)過程是：
Fe₂S₂（黃鐵礦）+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄
Cu₂S（輝銅礦）+2Fe₂（SO₄）₂═2CuSO₄+4FeSO₄+S
（1）寫出②反應(yīng)的化學(xué)方程式：    ．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組，欲將硫酸銅和硫酸亞鐵的酸性混合液分離出硫酸亞鐵溶液．經(jīng)查閱資料得知，在溶液中通過調(diào)節(jié)溶液的酸堿性而使Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺分別生成沉淀的pH如表2

物質(zhì)	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀pH	6.0	7.5	1.4
沉淀完全pH	13	14	3.7

實(shí)驗(yàn)室有下列試劑可供選擇A． H₂O₂   B．CaO  C．CuO   D．稀H₂SO₄   E．鐵粉；
實(shí)驗(yàn)經(jīng)過濾后還需設(shè)計的實(shí)驗(yàn)操作步驟和目的是：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)操作的目的
步驟1
步驟2
步驟3
步驟4	洗滌
步驟5		得到FeSO4溶液

（3）若向CuSO₄、FeSO₄混合液中加入適量堿液，將溶液蒸干、灼燒得到紅色粉末是Fe₂O₃、Cu₂O混合物，欲測定該混合物中Cu₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．該實(shí)驗(yàn)小組的方法是向m g混合物中加人足量的稀硫酸，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱量固體的質(zhì)量為n g．已知Cu₂O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO₄．某學(xué)生據(jù)此計算出該混合物Cu₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式．該學(xué)生的計算是否正確：    ，請說明理由    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）氧化亞鐵中+2價的鐵在空氣中被氧氣氧化；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計的目的和實(shí)驗(yàn)操作步驟，將硫酸銅和硫酸亞鐵的酸性混合液分離出硫酸亞鐵溶液，首先用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后加入適量氧化銅，調(diào)節(jié)pH到3.7，保證三價鐵完全沉淀，過濾得到氫氧化鐵，通過洗滌除去雜質(zhì)，向沉淀中加入適量稀硫酸和適量鐵粉，得到FeSO₄溶液，據(jù)此即可解答．
（3）計算該混合物中Cu₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)考慮2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
解答：解：（1）氧化亞鐵中+2價的鐵具有還原性，空氣中氧氣具有氧化性，硫桿菌起催化作用，發(fā)生反應(yīng)4FeSO₄+2H₂SO₄+O₂2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案為：4FeSO₄+2H₂SO₄+O₂2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
（2）將硫酸銅和硫酸亞鐵的酸性混合液分離出硫酸亞鐵溶液，氫氧化物沉淀完全時的pH=10，當(dāng)溶液的pH等于3.7時，F(xiàn)e（OH）₃完全沉淀，pH最小，故應(yīng)將Fe²⁺先轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，在利用增大pH的方法除去溶液中的Fe³⁺，但是所加物質(zhì)不能增加新的雜質(zhì)，故第一步氧化劑應(yīng)是H₂O₂，首先用H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，F(xiàn)e³⁺只能存在于酸性溶液中，當(dāng)溶液的pH大于1.4時，F(xiàn)e³⁺開始水解生成沉淀，當(dāng)溶液的pH等于3.7時，F(xiàn)e³⁺已完全水解為沉淀，過濾得到氫氧化鐵，通過洗滌除去雜質(zhì)，向沉淀中加入適量稀硫酸和適量鐵粉，得到FeSO₄溶液，
故答案為：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)操作的目的
步驟1	加入H2O2	把二價鐵氧化成三價
步驟2	加入適量氧化銅，調(diào)節(jié)pH到3.7	保證三價鐵完全沉淀
步驟3	過濾	濾出氫氧化鐵
步驟4	洗滌沉淀	除去雜質(zhì)
步驟5	向沉淀中加入適量稀硫酸和適量鐵粉	得到FeSO4溶液

（3）若向CuSO₄、FeSO₄混合液中加入適量堿液，將溶液蒸干、灼燒得到紅色粉末是Fe₂O₃、Cu₂O混合物，欲測定該混合物中Cu₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．該實(shí)驗(yàn)小組的方法是向m g混合物中加人足量的稀硫酸，發(fā)生Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，生成的銅與Fe³⁺反應(yīng)，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱量固體的質(zhì)量為ng，ng為溶解掉一部分銅后剩余的銅，該混合物Cu₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于，所以該計算不正確，
故答案為：不正確；因?yàn)樵撚嬎銢]有考慮Cu與Fe³⁺的反應(yīng)；
點(diǎn)評：本題主要考查了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，注意根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案是解答的關(guān)鍵，平時注意培養(yǎng)應(yīng)用知識、解決問題的能力，題目難度中等．