Question

17．工業上以黃銅礦（主要成分CuFeS₂）為原料制備金屬銅，有如下兩種工藝．
I．火法熔煉工藝：將處理過的黃銅礦加人石英，再通人空氣進行焙燒，即可制得粗銅．
（1）焙燒的總反應式可表示為：2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂═2Cu+2FeSiO₃+4SO₂該反應的氧化劑是CuFeS₂、O₂．
（2）下列處理SO₂的方法，不合理的是BC
A．高空排放                                           B．用純堿溶液吸收制備亞硫酸鈉
C．用氨水吸收后，再經氧化制備硫酸銨    D．用BaCl₂溶液吸收制備BaSO₃
（3）爐渣主要成分有FeO、Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等，為得到Fe₂O₃，加鹽酸溶解后，后續處理過程中未涉及到的操作有C．
A過濾           B加過量NaOH溶液      C蒸發結晶     D灼燒        E加氧化劑
II．FeCl₃溶液浸取工藝：其生產流程如圖所示

（4）浸出過程中，CuFeS₂與FeCl₃溶液反應的離子方程式為CuFeS₂+4Fe³⁺=Cu²⁺+5Fe²⁺+2S．
（5）該工藝流程中，可以循環利用的物質是FeCl₃ （填化學式）．
（6）若用石墨電極電解濾液，寫出陽極的電極反式Fe²⁺-e^-=Fe³⁺．
（7）黃銅礦中含少量Pb，調節C1^-濃度可控制濾液中Pb²⁺的濃度，當c（C1^-）=2mo1•L^-1時溶液中Pb²⁺物質的量濃度為2.5×10^-6mol•L^-1．[已知K_SP（PbCl₂）=1×10^-5]．

Answer 1

分析 I．（1）該反應中Cu元素化合價由+2價變為0價、S元素化合價由-2價變為+4價，O元素化合價由0價變為-2價，得電子化合價降低的反應物是氧化劑；
（2）二氧化硫有毒不能直接排空，屬于酸性氧化物，能和堿液反應生成鹽，亞硫酸鹽不穩定易被氧化生成硫酸鹽，亞硫酸酸性小于鹽酸；
（3）爐渣中加入過量稀鹽酸，FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和稀鹽酸反應生成FeCl₂、FeCl₃、AlCl₃，SiO₂不反應，然后過濾，向濾液中加入氧化劑將FeCl₂轉化為FeCl₃，然后向濾液中加入NaOH溶液，FeCl₃反應生成Fe（OH）₃沉淀、AlCl₃反應生成NaAlO₂，然后過濾得到Fe（OH）₃，將Fe（OH）₃灼燒得到Fe₂O₃；
II．黃銅礦粉中加入氯化鐵溶液，然后過濾得到S，說明二者反應生成S，則黃銅礦作還原劑、氯化鐵作氧化劑，二者反應方程式為CuFeS₂+4Fe³⁺=Cu²⁺+5Fe²⁺+2S，將濾液電解得到Cu和電解質溶液，陰極上銅離子得電子生成Cu，陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子；
（4）CuFeS₂與FeCl₃溶液反應生成亞鐵離子、銅離子和S；
（5）在整個流程圖中參加反應又生成的能循環利用；
（6）若用石墨電極電解濾液，陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子；
（7）K_SP（PbCl₂）=1×10^-5=c（Pb²⁺）．c²（C1^-），c（Pb²⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{2}（C{l}^{-}）}$．

解答 解：I．（1）該反應中Cu元素化合價由+2價變為0價、S元素化合價由-2價變為+4價，O元素化合價由0價變為-2價，得電子化合價降低的反應物是氧化劑，所以該反應中氧化劑是CuFeS₂、O₂，
故答案為：CuFeS₂、O₂；
（2）A．二氧化硫有毒，不能直接高空排放，否則會污染空氣，應該用堿液吸收，故A錯誤；                                         
B．二氧化硫和水反應生成的亞硫酸酸性大于碳酸，所以二氧化硫能和純堿溶液反應生成亞硫酸鈉，所以用純堿溶液吸收制備亞硫酸鈉，故B正確；
C．二氧化硫是酸性氧化物、一水合氨是堿，二者反應生成硫酸銨，所以用氨水吸收后，再經氧化制備硫酸銨，故C正確；
D．鹽酸酸性大于亞硫酸，所以二氧化硫和BaCl₂不反應，則不能用二氧化硫和氯化鋇溶液制取BaSO₃，故D錯誤；
故選BC；
（3）爐渣中加入過量稀鹽酸，FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和稀鹽酸反應生成FeCl₂、FeCl₃、AlCl₃，SiO₂不反應，然后過濾，向濾液中加入氧化劑將FeCl₂轉化為FeCl₃，然后向濾液中加入NaOH溶液，FeCl₃反應生成Fe（OH）₃沉淀、AlCl₃反應生成NaAlO₂，然后過濾得到Fe（OH）₃，將Fe（OH）₃灼燒得到Fe₂O₃，所以沒有涉及的操作為C，故答案為：C；
II．黃銅礦粉中加入氯化鐵溶液，然后過濾得到S，說明二者反應生成S，則黃銅礦作還原劑、氯化鐵作氧化劑，二者反應方程式為CuFeS₂+4Fe³⁺=Cu²⁺+5Fe²⁺+2S，將濾液電解得到Cu和電解質溶液，陰極上銅離子得電子生成Cu，陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子；
（4）CuFeS₂與FeCl₃溶液反應生成亞鐵離子、銅離子和S，離子方程式為CuFeS₂+4Fe³⁺=Cu²⁺+5Fe²⁺+2S
，故答案為：CuFeS₂+4Fe³⁺=Cu²⁺+5Fe²⁺+2S；
（5）CuFeS₂與FeCl₃溶液反應生成FeCl₂、CuCl₂溶液，電解該溶液得到Cu和Fe³⁺，則電解時反應生成FeCl₃，所以可以循環利用的物質是FeCl₃；
故答案為：FeCl₃；
（6）石墨電極電解濾液，陽極上失電子發生氧化反應，由于失電子能力亞鐵離子大于氯離子，所以在陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子，則電極反應式為：Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，故答案為：Fe²⁺-e^-=Fe³⁺；
（7）已知氯離子的濃度c（Cl^-）=2mol•L^-1，K_SP（PbCl₂）=1×10^-5=c（Pb²⁺）×c²（Cl^-），則Pb²⁺物質的量濃度c（Pb²⁺）=（7）K_SP（PbCl₂）=1×10^-5=c（Pb²⁺）．c²（C1^-），c（Pb²⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{2}（C{l}^{-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-5}}{2×2}$mol/L=2.5×10^-6mol/L，
故答案為：2.5×10^-6．

點評 本題考查了物質的制備方案設計，為高頻考點，題目涉及氧化還原反應、實驗方案設計、電解原理的應用、溶度積的有關計算等，側重對化學基本操作與技能、化學計算能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．