Question

1．黃銅礦（CuFeS₂）是用于制取銅及其化合物的主要原料之一，還可以制備硫、鐵和鎳的化合物．

回答下列問題：
（1）冰銅熔煉過程發生的主要反應為：
2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）=6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
在熔煉過程中不需要持續加熱，原因是2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1為放熱反應，反應放出的熱量可以維持反應進行．
（2）熔煉過程中產生的大量SO₂（填分子式），可進一步加工并作為上述流程中的原料加以循環利用．
（3）爐渣的主要成分是Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂，為了得到鐵紅，需對上述濾液進行處理，處理過程涉及下列步驟中的ACD（填序號）．A．氧化    B．還原    C．灼燒    D．加堿
（4）廢電解液中含有較多的Ni²⁺，從廢電解液提取硫酸鎳晶體，需用電解法把電解液中的Cu²⁺除去，電解的陽極可以采用石墨作為電極材料，陽極的電極反應式是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．
（5）從廢電解液中除去Pb²⁺的方法是往其中通人H₂S至飽和，使Pb²⁺轉化為硫化物沉淀，溶液的pH對轉化效果的影響是溶液pH越大，轉化效果越好．
已知：H₂S飽和溶液中c（H₂S）為0.1mol/L，$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）×c（{S}^{2-}）}{c（{H}_{2}S）}$=10^-20；NiS的K_sp=10^-11．
若廢電解液的pH=5，為保證不生成NiS沉淀，Ni²⁺濃度應控制在1mol/L以下．

Answer 1

分析 （1）2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）為放熱反應，提供的熱量可以維持反應進行；
（2）熔煉過程中產生的大量二氧化硫，可以用于制備硫酸；
（3）二氧化硅不與硫酸反應，過濾除去，得到濾液中含有硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁及過量的硫酸，再將亞鐵離子氧化為鐵離子，最后加熱過濾的氫氧化鈉使鋁離子轉化為偏鋁酸根、使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾、洗滌、灼燒得到氧化鐵；
（4）由電解方法除去Cu²⁺，Cu²⁺發生還原反應，在陰極放電，陽極可以為惰性電極，陽極是氫氧根離子放電生成水與氧氣；
（5）溶液中S^2-濃度越大，Pb²⁺沉淀越完全，溶液pH越大，越有利于硫化氫電離平衡右移得到S^2-；
根據$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）×c（{S}^{2-}）}{c（{H}_{2}S）}$=10^-20計算溶液中c（S^2-），在根據NiS的K_sp=c（S^2-）×c（Ni²⁺）=10^-11 計算Ni²⁺應控制的濃度．

解答 解：（1）2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1為放熱反應，反應放出的熱量可以維持反應進行，在熔煉過程中不需要持續加熱，
故答案為：2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1為放熱反應，反應放出的熱量可以維持反應進行；
（2）熔煉過程中產生的大量二氧化硫，可以用于制備硫酸，進行循環利用，
故答案為：SO₂；
（3）二氧化硅不與硫酸反應，過濾除去，得到濾液中含有硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁及過量的硫酸，再將亞鐵離子氧化為鐵離子，最后加熱過濾的氫氧化鈉使鋁離子轉化為偏鋁酸根、使鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾、洗滌、灼燒得到氧化鐵，
故選：ACD；
（4）由電解方法除去Cu²⁺，Cu²⁺發生還原反應，在陰極放電，陽極可以為惰性電極，可以是石墨，陽極是氫氧根離子放電生成水與氧氣，電極反應式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：石墨；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）溶液中S^2-濃度越大，Pb²⁺沉淀越完全，溶液pH越大，越有利于硫化氫電離平衡右移得到S^2-，故溶液pH越大，轉化效果越好；
若廢電解液的pH=5，H₂S飽和溶液中c（H₂S）為0.1mol/L，則溶液中c（S^2-）=$\frac{1{0}^{-20}×0.1}{（1{0}^{-5}）^{2}}$mol/L=10^-11mol/L，根據NiS的K_sp=c（S^2-）×c（Ni²⁺）=10^-11，可知c（Ni²⁺）＜$\frac{Ksp（NiS）}{c（{S}^{2-}）}$=1mol/L，
故答案為：溶液pH越大，轉化效果越好；1mol/L．

點評 本題考查物質制備實驗，涉及對操作的分析評價、對原理的分析、物質分離提純、電解應用、沉淀轉化等，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用知識能力，難度中等．