Question

(19分) 用黃銅礦煉銅按反應物和生成物可將總反應可以寫成：

      CuFeS₂ + SiO₂ + O₂ → Cu + FeSiO₃ + SO₂

    事實上冶煉反應是分步進行的。(1)黃銅礦在氧氣作用下生成硫化亞銅和硫化亞鐵；(2)硫化亞鐵在氧氣作用下生成氧化亞鐵，并與二氧化硅反應生成礦渣；(3)硫化亞銅與氧氣反應生成氧化亞銅；(4)硫化亞銅與氧化亞銅反應生成銅。

1)       寫出上述各個分步反應(1，2，3，4)的化學方程式。

 2)   給出總反應方程式的系數。

     3)   據最新報道, 有一種叫Thibacillus ferroxidans的細菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽。反應是在酸性溶液中發生的。試寫出配平的化學方程式。

     4)   最近我國學者發現，以精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中和O₂ (空氣)反應, 生成物冷卻后經溶解、除鐵、結晶，得到CuSO₄?5H₂O，成本降低了許多。實驗結果如下：

沸騰爐溫度/℃		560	580	600	620	640	660
生 成 物	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
	酸溶性Fe/%	8.56	6.72	3.46	2.78	2.37	2.28

回答如下問題：

(1)   CuFeS₂和O₂主要反應的方程式為:

(2)   實際生產過程的沸騰爐溫度為 600～620℃。控制反應溫度的方法是：

(3)   溫度高于600～620℃生成物中水溶性Cu (%)下降的原因是：

Answer 1

[解(1)]

      2CuFeS₂ + O₂ =Cu₂S + 2FeS +SO₂                                           (1分)

            (寫S、SO₃不寫SO₂不得分)

      FeS + O₂ = FeO + SO₂                                                         (1分)

          (寫S、SO₃不寫SO₂不得分)

      FeO + SiO₂ = FeSiO₃                                                            (1分)  

                  (寫其他產物不得分)

      2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂                                  (1分)

                   (寫S、SO₃不寫SO₂不得分)

      Cu₂S + 2Cu₂O = 6Cu + SO₂                                    (1分)

                    (寫S、SO₃不寫SO₂不得分)

      不配平不得分。

[解(2)]   2CuFeS₂ + 2SiO₂ + 5O₂ = 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SO₂                            (2分)

[解(3)]  4CuFeS₂ + 2H₂SO₄ + 17O₂ = 4CuSO₄ + 2Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O           (4分)

             (注：不寫硫酸鐵而寫硫酸亞鐵給一半分)

[解(4)] (1) 4CuFeS₂ + 17O₂ = 4CuSO₄ + 2Fe₂O₃ + 8SO₂                 (4分)

(2)   控制加入CuFeS₂的速度，因CuFeS₂與O₂反應放熱。       (2分)

(3)   CuSO₄ = CuO + SO₃                                                      (2分)  

          (答SO₂ + 1/2O₂不扣分)

     (注：(1)的反應產物不寫氧化鐵寫氧化亞鐵或四氧化三鐵也可以給一半分。