Question

2．據(jù)報(bào)道，有一種叫Thibacillus Ferroxidans的細(xì)菌在氧氣存在下的酸性溶液中，能將黃銅礦（CuFeS₂）氧化成硫酸鹽．發(fā)生的反應(yīng)為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
（1）CuFeS₂中Fe的化合價(jià)為+2，上述反應(yīng)中被氧化的元素是Fe和CuFeS₂中的S．
（2）工業(yè)生產(chǎn)中利用上述反應(yīng)后的溶液，按如圖甲流程可制備膽礬（CuSO₄•5H₂O）：
①分析表格（其中K_SP是相應(yīng)金屬氫氧化物的沉淀溶解平衡常數(shù)）：

	Ksp	氫氧化物開(kāi)始沉淀時(shí)的pH	氫氧化物沉淀完全時(shí)的pH
Fe3+	2.6×10-39	1.9	3.2
Cu2+	2.2×10-20	4.7	6.7

步驟一應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是3.2≤pH＜4.7．請(qǐng)運(yùn)用沉淀溶解平衡的有關(guān)理論解釋加入CuO能除去CuSO₄溶液中Fe³⁺的原因加入CuO與H⁺反應(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)致Fe³⁺生成沉淀而除去．
②步驟三中的具體操作方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶．
（3）有人提出可以利用圖乙的裝置從溶液B中提煉金屬銅．該過(guò)程中圖乙電極的反應(yīng)式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)的方程式是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）在氧化還原反應(yīng)中，化合價(jià)升高的元素在反應(yīng)中被氧化；
（2）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的結(jié)合相應(yīng)金屬氫氧化物的沉淀溶解平衡常數(shù)進(jìn)行解答；運(yùn)用沉淀溶解平衡移動(dòng)的原理進(jìn)行解答；
②溶解度受溫度影響較大的物質(zhì)從溶液中結(jié)晶析出的方法是冷卻熱飽和溶液；
（3）溶液B為硫酸銅，從溶液B中提煉金屬銅，實(shí)質(zhì)是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

解答 解：（1）在4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O反應(yīng)中，CuFeS₂中Fe從+2價(jià)變?yōu)楫a(chǎn)物中的+3價(jià)，硫從-2價(jià)變?yōu)楫a(chǎn)物中的+6價(jià)，F(xiàn)e和CuFeS₂中的S化合價(jià)升高，在反應(yīng)中被氧化，
故答案為：Fe和CuFeS₂中的S；
（2）①該實(shí)驗(yàn)的目的是制備膽礬（CuSO₄•5H₂O），需除去雜質(zhì)三價(jià)鐵離子，所以調(diào)節(jié)溶液的pH使三價(jià)鐵離子變成氫氧化鐵沉淀且沉淀完全，而銅離子不能沉淀，所以步驟一應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是3.2≤pH＜4.7，加入CuO，CuO與H⁺反應(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)致Fe³⁺生成沉淀而除去，
故答案為：3.2≤pH＜4.7；加入CuO與H⁺反應(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)致Fe³⁺生成沉淀而除去；
②CuSO₄溶解度受溫度影響較大，將硫酸銅溶液蒸發(fā)濃縮后，將熱的硫酸銅溶液靜置并慢慢降溫，得到硫酸銅晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶；
（3）CuSO₄溶液中銅離子的放電能力大于氫離子的放電能力，所以銅離子先放電；氫氧根離子的放電能力大于硫酸根離子的放電能力，氫氧根離子先放電，陽(yáng)極上失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該過(guò)程中右邊電極氫氧根離子在陽(yáng)極上失電子生成氧氣4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；陰極上得電子，反應(yīng)還原反應(yīng)，所以銅離子的陰極上得電子生成銅Cu²⁺+2e^-=Cu，總的反應(yīng)為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，涉及制備膽礬，依據(jù)流程圖結(jié)合銅及其化合物的性質(zhì)是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．