题目

题型：不详难度：来源：

（15分）某研究小组用黄铜矿（主要成分是CuFeS₂，其中S为-2价）为主要原料炼铜，其总反应为：2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂＝2Cu+2FeSiO₃+4SO₂。事实上该反应是按如下流程分步进行的：



（1）氧化Ⅰ的反应主要是煅烧生成的硫化亚铁被进一步氧化为氧化亚铁，并与二氧化硅反应生成矿渣。矿渣的主要成分是     （填化学式）。
（2）据报道，有一种细菌在氧气存在下可以将黄铜矿氧化成硫酸盐，反应是在酸性溶液中发生的。该反应的化学方程式为     。
（3）我国学者研究发现，以精CuFeS₂矿为原料在沸腾炉中与O₂（空气）反应，生成物冷却后经溶解、除铁、结晶，得到CuSO₄·5H₂O，生产成本能够降低许多。有关实验结果如下表：

沸腾炉温度/℃	560	580	600	620	640	660
水溶性Cu/%	90.12	91.24	93.50	92.38	89.96	84.23
酸溶性Cu/%	92.00	93.60	97.08	97.82	98.16	98.19

①CuFeS₂与O₂反应的化学方程式为     。
②实际生产过程中沸腾炉温度为600～620 ℃。则控制温度的方法是     。
③当温度高于600～620 ℃时，生成物中水溶性铜下降的原因是     。
④生成物冷却后的除铁的实验操作方法主要是     。已知在溶液中，Cu²⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.7、6.7，Fe³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为1.1、3.2；如果制得的硫酸铜溶液中含有少量的Fe³⁺，请写出除去溶液中Fe³⁺的实验操作步骤：     。

答案

共15分
（1）FeSiO₃（2分）
（2）4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂4CuSO₄+2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O（2分）
（3）①4CuFeS₂+15O₂＝4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂（2分）
②控制加入CuFeS₂的速度（因CuFeS₂与O₂反应放热）（2分）
③CuSO₄受热分解（2分）
④过滤（2分）    加入CuO[或Cu(OH)₂或CuCO₃]粉末，充分搅拌，调节溶液的pH约为3.2，加热煮沸，过滤，用（适量）稀硫酸酸化（3分）

解析

试题分析：（1）根据2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂＝2Cu+2FeSiO₃+4SO₂，可得矿渣为FeSiO₃；
（2）由题意可知，CuFeS₂在酸性溶液中与氧气在一种细菌的作用下生成的硫酸盐是硫酸铜和硫酸铁，化学方程式为4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂4CuSO₄+2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O；
（3）①精CuFeS₂矿为原料在沸腾炉中与O₂（空气）反应，最终得CuSO₄·5H₂O，说明铁元素的存在形式是氧化铁，加水溶解可过滤除去，所以CuFeS₂与O₂反应的化学方程式为4CuFeS₂+15O₂＝4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂
②因为CuFeS₂与O₂反应放热，所以在生产过程中控制加入CuFeS₂的速度，控制温度；
③水溶性铜化合物为CuSO₄•5H₂O，酸溶性铜化合物为CuO，温度较高时，CuSO₄•5H₂O可分解生成CuO，则在600℃以上时水溶性铜化合物含量减少；
④生成物中除硫酸铜外还有氧化铁，氧化铁不溶于水，所以冷却后的除铁的实验操作方法主要是过滤；除去铁离子而不除去铜离子，调节溶液的pH值在3.2到4.7之间，使铁离子完全沉淀，而铜离子不沉淀，所以具体操作是加入CuO[或Cu(OH)₂或CuCO₃]粉末，充分搅拌，调节溶液的pH约为3.2，加热煮沸，过滤，用（适量）稀硫酸酸化。