Question

2．我國產銅主要取自黃銅礦（CuFeS₂），隨著礦石品味的降低和環保要求的提高，濕法煉銅的優勢日益突出．該工藝的核心是黃銅礦的浸出，目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三種方法．
Ⅰ．氧化浸出
（1）在硫酸介質中用雙氧水將黃銅礦氧化，測得有SO₄^2-生成．
①該反應的離子方程式為2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O．
②該反應在25-50℃下進行，實際生產中雙氧水的消耗量要遠遠高于理論值，試分析其原因為H₂O₂受熱分解，產物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等．．
Ⅱ、配位浸出
反應原理為：CuFeS₂+NH₃•H₂O+O₂+OH^-→Cu（NH₃）₄²⁺+SO₄^2-+H₂O（未配平）
（2）為提高黃銅礦的浸出率，可采取的措施有提高氨水的濃度、提高氧壓（至少寫出兩點）．
（3）為穩定浸出液的pH，生產中需要向氨水中添加NH₄C1，構成NH₃．H₂O-NH₄Cl緩沖溶液．某小組在實驗室對該緩沖體系進行了研究：25℃時，向amol．L^-l的氨水中緩慢加入等體積0.02mol．L^-l的NH₄Cl溶液，平衡時溶液呈中性．則NH₃•H₂O的電離常數K_b=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$（用含a的代數式表示）；滴加NH₄Cl溶液的過程中水的電離
平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
Ⅲ，生物浸出
在反應釜中加入黃銅礦、硫酸鐵、硫酸和微生物，并鼓入空氣，黃銅礦逐漸溶解，反應釜中各物質的轉化關系如圖所示．
（4）在微生物的作用下，可以循環使用的物質有Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄（填化學式），微生物參與的離子反應方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺（任寫一個）．
（5）假如黃銅礦中的鐵元素最終全部轉化為Fe³⁺，當有2mol SO₄^2-生成時，理論上消耗O₂的物質的量為4.25mol．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）①雙氧水將黃銅礦（CuFeS₂）氧化得到硫酸根和三價鐵；
②H₂O₂受熱分解，Cu²⁺、Fe³⁺是H₂O₂分解的催化劑；
（2）增大一種反應物的濃度，可提高另一種反應物的轉化率；
（3）根據Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$計算；銨根離子的水解促進水的電離；
（4）由圖知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中間產物；在微生物作用下，氧氣把亞鐵離子氧化為鐵離子；
（5）鐵元素最終全部轉化為Fe³⁺，硫元素轉化為硫酸根，根據得失電子守恒計算．

解答 解：（1）①雙氧水將黃銅礦氧化得到硫酸根和三價鐵，離子方程式為：2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O；
故答案為：2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O；
②H₂O₂受熱易分解，產物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解；
故答案為：H₂O₂受熱分解，產物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等；
（2）增大一種反應物的濃度，可提高另一種反應物的轉化率，可提高氨水的濃度、提高氧壓；
故答案為：提高氨水的濃度、提高氧壓；
（3）在25℃下，氨水微弱電離，濃度約為0.5a，根據電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，則c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.01mol/L，NH₃•H₂O的電離常數K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3•}{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.01}{0.5a}$=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；銨根水解能與氫氧根結合，促進水的電離；
故答案為：$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；正向；
（4）由圖知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中間產物，可循環使用，離子反應方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄；4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺；
（5）鐵元素最終全部轉化為Fe³⁺，硫元素轉化為硫酸根，當有2mol SO₄^2-生成時，失去電子工17mol，消耗O₂的物質的量為$\frac{17}{4}$=4.25mol；
故答案為：4.25 mol．

點評 本題考查物質的分離提純、電離常數的計算以及氧化還原反應的計算等知識，側重考查基本理論及計算能力，明確反應原理、物質性質及離子方程式書寫規則是解本題關鍵，題目難度中等，側重于考查學生的分析能力和計算能力．