Question

【題目】黃銅礦(CuFeS2)是冶煉銅及制備鐵氧化物的重要礦藏，常含微量的金、銀等．右圖是以黃銅礦為主要原料生產銅、鐵紅(氧化鐵)顏料的工藝流程圖：

(1)CuFeS2中，Fe的化合價為____________．

(2)寫出“反應Ⅰ”的離子方程式___________，該反應的氧化劑是__________．

(3)CuCl難溶于水，但可與過量的Cl-反應生成溶于水的[CuCl2]-．該反應的離子方程式為___．

(4)反應Ⅰ～V五個反應中屬于非氧化還原反應的是反應_______(選填“Ⅰ～V”)．

(5)已知Cu+在反應V中發生自身氧化還原反應，歧化為Cu2+和Cu，由此可推知“溶液A”中的溶質為____________(寫出化學式)．

(6)在酸性、有氧條件下，一種叫Thibacillusferroxidans的細菌能將黃銅礦轉化成硫酸鹽，該過程反應的離子方程式為______________

Answer 1

【答案】+2 CuFeS2+3Fe3++Cl-=4Fe2++CuCl↓+2S↓ CuFeS2、FeCl3 Cl-+CuCl=[CuCl2]- Ⅱ、Ⅳ CuCl2、NaCl 4CuFeS2+4H++17O2=4Cu2++4Fe3++8SO42-+2H2O

【解析】

根據產物中有CuCl和S，知反應I發生了氧化還原反應。氯化鐵具有氧化性，能氧化黃銅礦，過濾得到固體CuCl和S，鐵的化合價降低得到FeCl2溶液。向FeCl2溶液中加入碳酸鈉發生反應II，得到FeCO3，過濾得到FeCO3，在空氣中灼燒FeCO3得到氧化鐵。向CuCl、S的混合物中加入NaCl溶液，得到Na[CuCl2]配合物的溶液和S單質。Na[CuCl2]溶液再加入水發生反應V生成Cu和溶液A，Cu＋在反應V中發生自身氧化還原反應，歧化為Cu2＋和Cu，則A為CuCl2、NaCl。

(1)CuFeS2中S為-2價、Cu為+2價，Fe的化合價為+2價；

(2) 根據產物中有CuCl和S，可知反應I發生了氧化還原反應。氯化鐵具有氧化性，能氧化黃銅礦。在1molCuFeS2中，Cu的化合價從＋2降低到＋1， S的化合價從－2升高到0，則1molCuFeS2在反應中升高化合價一共為3價。Fe3＋的化合價從＋3降低到＋2，化合價降低1價，化合價升降守恒，CuFeS2和Fe3+的比例為1:3，再根據電荷守恒和原子守恒配平，有反應I的離子方程式為CuFeS2+3Fe3＋+Cl－=4Fe2＋+CuCl↓+2S↓，該反應中FeCl3中的Fe化合價降低、CuFeS2中的Cu化合價降低，所以CuFeS2、FeCl3都作氧化劑；

(3)根據反應物和生成物的化合價不變，利用電荷守恒和原子守恒可以配平該粒子方程式，有離子方程式為Cl－+CuCl=[CuCl2]－；

(4)反應Ⅰ中，CuFeS2中的S化合價從－2升高到0，反應Ⅰ是氧化還原反應。反應Ⅲ中，FeCO3中的Fe的化合價為＋2，鐵紅Fe2O3中的鐵為＋3，化合價發生改變，為氧化還原反應。反應Ⅴ中，[CuCl2]－中Cu的化合價從＋1，變成了＋2和0，化合價發生變化，屬于氧化還原反應。只有反應II和IV中各元素的化合價沒有發生變化，為非氧化還原反應，故答案為：Ⅱ、Ⅳ；

(5)反應Ⅴ為Na[CuCl2]在水存在條件下發生的歧化反應，根據題給信息知生成物有Cu，根據原子守恒，則生成還有NaCl和CuCl2，均溶于水，則所得的溶液A中的溶質是CuCl2、NaCl，故答案為：CuCl2、NaCl；

(6)在酸性溶液中，細菌利用氧氣可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，則硫酸鹽為硫酸銅，硫酸鐵。在1molCuFeS2中，S的化合價從－2升高到+6，Fe的化合價從＋2升高到＋3，則1molCuFeS2在反應中升高化合價一共為17價。O2的化合價從0降低到-2，化合價一共降低4價，化合價升降守恒，CuFeS2和O2的比例為4:17，再根據電荷守恒和原子守恒配平反應的方程式，有離子反應方程式為：4CuFeS2+4H＋+17O2=4Cu2＋+4Fe3＋+8SO42－+2H2O。