Question

2．據(jù)報道，有一種叫Thibacillus Ferroxidans的細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)生的反應為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
（1）CuFeS₂中Fe的化合價為+2，上述反應中被氧化的元素是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是相應金屬氫氧化物的沉淀溶解平衡常數(shù)）：

	Ksp	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe3+	2.6×10-39	1.9	3.2
Cu2+	2.2×10-20	4.7	6.7

步驟一應調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是3.2≤pH＜4.7．請運用沉淀溶解平衡的有關理論解釋加入CuO能除去CuSO₄溶液中Fe³⁺的原因加入CuO與H⁺反應使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導致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．該過程中圖乙電極的反應式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應的方程式是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）在氧化還原反應中，化合價升高的元素在反應中被氧化；
（2）①根據(jù)實驗的目的結合相應金屬氫氧化物的沉淀溶解平衡常數(shù)進行解答；運用沉淀溶解平衡移動的原理進行解答；
②溶解度受溫度影響較大的物質從溶液中結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，實質是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

解答 解：（1）在4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O反應中，CuFeS₂中Fe從+2價變?yōu)楫a(chǎn)物中的+3價，硫從-2價變?yōu)楫a(chǎn)物中的+6價，F(xiàn)e和CuFeS₂中的S化合價升高，在反應中被氧化，
故答案為：Fe和CuFeS₂中的S；
（2）①該實驗的目的是制備膽礬（CuSO₄•5H₂O），需除去雜質三價鐵離子，所以調(diào)節(jié)溶液的pH使三價鐵離子變成氫氧化鐵沉淀且沉淀完全，而銅離子不能沉淀，所以步驟一應調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是3.2≤pH＜4.7，加入CuO，CuO與H⁺反應使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導致Fe³⁺生成沉淀而除去，
故答案為：3.2≤pH＜4.7；加入CuO與H⁺反應使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導致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，陽極上失電子，發(fā)生氧化反應，所以該過程中右邊電極氫氧根離子在陽極上失電子生成氧氣4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；陰極上得電子，反應還原反應，所以銅離子的陰極上得電子生成銅Cu²⁺+2e^-=Cu，總的反應為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

點評 本題主要考查性質實驗方案的設計，涉及制備膽礬，依據(jù)流程圖結合銅及其化合物的性質是解答的關鍵，題目難度中等．