Question

10．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(yīng)為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
（1）CuFeS₂中的Fe的化合價為+2，則被氧化的元素為Fe和CuFeS₂中的S（填元素名稱）
（2）工業(yè)生產(chǎn)中利用上述反應(yīng)后的溶液，按如下流程可制備膽礬（CuSO₄•5H₂O）：
①分析下列表格（其中K_sp是相應(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)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(jié)晶
（3）工業(yè)上冶煉銅的方法之一為：
Cu₂S（s）+2Cu₂O（s）=6Cu（s）+SO₂（g）△H
已知：①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-12kJ/mol
②2Cu（s）+S（s）=Cu₂S（s）△H=-79.5kJ/mol
③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296.8kJ/mol
則該法冶煉銅的反應(yīng)中△H=-193.3kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 本題以用氧化還原反應(yīng)理論分析黃銅礦（CuFeS₂）氧化成硫酸鹽，判斷Fe和CuFeS₂中的S所含元素化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為載體，探究硫酸銅晶體的制備，涉及利用難溶電解質(zhì)的溶解平衡實現(xiàn)沉淀的轉(zhuǎn)化、混合物的分離提純操作、運用蓋斯定律進行反應(yīng)熱的計算等，據(jù)此作答．
（1）在氧化還原反應(yīng)中，化合價升高的元素在反應(yīng)中被氧化；
（2）①根據(jù)實驗的目的結(jié)合相應(yīng)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(zhì)從溶液中結(jié)晶析出的方法是冷卻熱飽和溶液；
（3）根據(jù)蓋斯定律理論計算反應(yīng)熱．

解答 解：（1）在4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O反應(yīng)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(yīng)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(zhì)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(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH范圍是3.2≤pH＜4.7，加入CuO，CuO與H⁺反應(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)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(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)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(jié)晶；
（3）①2Cu（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=Cu₂O（s）△H=-12kJ•mol^-1②2Cu（s）+S（s）=Cu₂S（s）△H=-79.5kJ•mol^-1③S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=-296.8kJ•mol^-1根據(jù)蓋斯定律③-①×2-②可得Cu₂S（s）+2Cu₂O（s）=6Cu（s）+SO₂（g）；△H₄=-193.33kJ/mol，
故答案為：-193.3kJ•mol^-1．

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