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方程式：______________________________________________________________________。

（2）最適合的試劑A是__________（寫化學式）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粉末的作用是調節溶液的pH，促進Fe3+水解，達到除雜的目的。寫出實現該目的的總反應的離子方程式：_________________________________________________________。

（5）有同學懷疑CuO不一定能達到上述目的，而小張同學卻認為可以通過計算來確定。設溶液中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，消耗黃銅礦的質量為cg，不考慮生產過程中的損失，則黃銅礦中CuFeS2的質量分數為__________(寫出原始的計算結果即可，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，根據元素化合價代數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生的氣體是二氧化硫，二氧化硫與碳酸銨反應生成亞硫酸銨和二氧化碳，反應的化學方程式為：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，在加入氧化銅調節pH值后水解轉化為沉淀而除去鐵，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生水，沒有引入新的雜質，答案選b；（4）加入適量CuO粉末的作用是調節溶液的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。實現該目的的總反應的離子方程式為：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）根據銅的質量守恒黃銅礦和加入的氧化銅中的銅的總質量先于膽礬晶體中銅的總質量，黃銅礦中CuFeS2的質量分數為x，則有：cg×x×+ag×=bg，解得x=×100%。