Question

13．我國(guó)產(chǎn)銅主要取自黃銅礦（CuFeS₂），隨著礦石品味的降低和環(huán)保要求的提高，濕法煉銅的優(yōu)勢(shì)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(zhì)中用雙氧水將黃銅礦氧化，測(cè)得有SO₄^2-生成．
①該反應(yīng)的離子方程式為2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O．
②該反應(yīng)在25-50℃下進(jìn)行，實(shí)際生產(chǎn)中雙氧水的消耗量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論值，試分析其原因?yàn)镠₂O₂受熱分解，產(chǎn)物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等．
Ⅱ．配位浸出
反應(yīng)原理為：CuFeS₂+NH₃•H₂O+O₂+OH^-→Cu（NH₃）O₄²⁺+Fe₂O₃+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(diǎn)）．
（3）為穩(wěn)定浸出液的pH，生產(chǎn)中需要向氨水中添加NH₄Cl，構(gòu)成NH₃•H₂O-NH₄Cl緩沖溶液．某小組在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該緩沖體系進(jìn)行了研究：25℃時(shí)，向amol/L的氨水中緩慢加入等體積0.02mol/L的NH₄Cl溶液，平衡時(shí)溶液呈中性．則NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$（用含a的代數(shù)式表示）；滴加NH₄Cl溶液的過(guò)程中水的電離平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
Ⅲ．生物浸出
在反應(yīng)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(yīng)釜中各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示．

（4）在微生物的作用下，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄（填化學(xué)式），微生物參與的離子反應(yīng)方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O（任寫一個(gè)）．
（5）假如黃銅礦中的鐵元素最終 全部轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，當(dāng)有2mol SO₄^2-生成時(shí)，理論上消耗O₂的物質(zhì)的量為4.25mol．

Answer 1

分析 （1）①雙氧水將黃銅礦（CuFeS₂）氧化得到硫酸根和三價(jià)鐵；
②H₂O₂受熱分解，Cu²⁺、Fe³⁺是H₂O₂分解的催化劑；
（2）增大一種反應(yīng)物的濃度，可提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；
（3）向amol．L^-l的氨水中緩慢加入等體積0.02mol．L^-l的NH₄C1溶液，平衡時(shí)溶液呈中性，則c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.01mol/L，根據(jù)Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$計(jì)算；
（4）由圖知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中間產(chǎn)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(zhuǎn)化為Fe³⁺，硫元素轉(zhuǎn)化為硫酸根，根據(jù)得失電子守恒計(jì)算．

解答 解：（1）①雙氧水將黃銅礦氧化得到硫酸根和三價(jià)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不穩(wěn)定，H₂O₂受熱易分解，產(chǎn)物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解，
故答案為：H₂O₂受熱分解，產(chǎn)物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等；
（2）增大一種反應(yīng)物的濃度，可提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)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(jù)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(shù)K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）．c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}．{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.01}{0.5a}$=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；銨根能與氫氧根結(jié)合，促進(jìn)水的電離，則水的電離平衡向正方向移動(dòng)；
故答案為：$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；正向；
（4）由圖知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中間產(chǎn)物，可循環(huán)使用，離子反應(yīng)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\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O；
（5）鐵元素最終全部轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，硫元素轉(zhuǎn)化為硫酸根，當(dāng)有2mol SO₄^2-生成時(shí)，失去電子工17mol，消耗O₂的物質(zhì)的量為$\frac{17}{4}$mol=4.25mol，
故答案為：4.25 mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離提純、電離常數(shù)的計(jì)算以及氧化還原反應(yīng)的計(jì)算等知識(shí)，側(cè)重考查基本理論及計(jì)算能力，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力．