Question

6．某銅礦中含有CuS、SiO₂和少量FeS等．利用該銅礦制取銅的“氧壓酸浸”全濕法工藝流程如圖所示：

回答下列問題：
（1）寫出反應(yīng)①中主反應(yīng)的離子方程式2CuS+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2S↓+2H₂O；分離濾渣①需要的試劑是CS₂．
（2）化學(xué)上可認為溶液中離子濃度≤1×10^-5mo1•L^-1時該離子沉淀完全．用含有關(guān)物質(zhì)K_SP等的式子表示反應(yīng)②的濾液中c（OH^-）的數(shù)值范圍為$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{1×1{0}^{-5}}}$≤c（OH^-）＜$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{c（C{u}^{2+}）}}$．
（3）電解過程中，電解液一段時間呈棕色．查閱資料知，可能是電解液中生成[CuCl₂]^-、[CuCl₃]^2-的緣故．分析Cu²⁺形成[CuCl₃]^2-可能的途徑為①Cu²⁺+3Cl^-+e^-=[CuCl₃]^2-（用電極反應(yīng)式表示）；②Cu²⁺+2e^-=Cu、Cu²⁺+Cu+6Cl^-=2[CuCl₃]^2-（用電極反應(yīng)式和離子方程式表示）．
（4）常溫下，若要加快反應(yīng)①的速率，工業(yè)上一般采取的措施是增大氧氣的壓強或把銅礦粉碎；若在反應(yīng)①中加入FeCl₃溶液，反應(yīng)速率加快，其原因是FeCl₃改變反應(yīng)歷程，起催化作用．FeCl₃參與反應(yīng)①主反應(yīng)歷程離子方程式為（I）CuS+2Fe³⁺═Cu²⁺+S↓+2Fe²⁺，（II）4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．歷程I的活化能為E_aI，歷程II的活化能為E_aII，若E_aI＜E_aII，則歷程Ⅱ（填“I”或“II”）主要決定反應(yīng)①主反應(yīng)的速率．

Answer 1

分析 銅礦中含有CuS、SiO₂和少量FeS，通入氧氣并加入鹽酸，增大氧氣的壓強或把銅礦粉碎加快CuS與FeS被氧化為銅離子、鐵離子進入溶液，生成的S與不反應(yīng)的SiO₂經(jīng)過過濾與金屬離子分離，故濾渣為①SiO₂、S，其中S溶于CS₂，可與二氧化硅分離，向含有銅離子、鐵離子的濾液中加入CuO調(diào)節(jié)pH，沉淀鐵離子，濾渣②為氫氧化鐵，再對溶液電解可得銅單質(zhì)，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）反應(yīng)①中主反應(yīng)為CuS與氧氣鹽酸反應(yīng)分離銅與S的反應(yīng)，離子方程式為：2CuS+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2S↓+2H₂O；濾渣為①SiO₂、S，其中S溶于CS₂，可與二氧化硅分離；
故答案為：2CuS+O₂+4H⁺=2Cu²⁺+2S↓+2H₂O；CS₂；
（2）向含有銅離子、鐵離子的濾液中加入CuO調(diào)節(jié)pH，沉淀鐵離子，溶液中離子濃度≤1×10^-5mo1•L^-1時該離子沉淀完全，故c（OH^-）≥$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{1×1{0}^{-5}}}$，但是銅離子不能沉淀，故c（OH^-）＜$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{c（C{u}^{2+}）}}$；
故答案為：$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{1×1{0}^{-5}}}$≤c（OH^-）＜$\sqrt{\frac{Ksp[Cu（OH）_{2}]}{c（C{u}^{2+}）}}$；
（3）由題可知：電解液中生成[CuCl₂]^-、[CuCl₃]^2-的緣故使電解液一段時間呈棕色，Cu²⁺形成[CuCl₃]^2-得電子，可能的途徑為：Cu²⁺+3Cl^-+e^-=[CuCl₃]^2-，Cu²⁺+2e^-=Cu、Cu²⁺+Cu+6Cl^-=2[CuCl₃]^2-；
故答案為：Cu²⁺+3Cl^-+e^-=[CuCl₃]^2-；Cu²⁺+2e^-=Cu、Cu²⁺+Cu+6Cl^-=2[CuCl₃]^2-；
（4）常溫下，若要加快反應(yīng)①的速率，工業(yè)上一般采取的措施是增大氧氣的壓強或把銅礦粉碎；若在反應(yīng)①中加入FeCl₃溶液，反應(yīng)速率加快，其原因是FeCl₃改變反應(yīng)歷程，起催化作用，說明鐵離子與CuS反應(yīng)生成亞鐵離子和銅離子，亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，故FeCl₃參與反應(yīng)①主反應(yīng)歷程離子方程式為（I）CuS+2Fe³⁺═Cu²⁺+S↓+2Fe²⁺，（II）4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；歷程I的活化能為E_aI，歷程II的活化能為E_aII，若E_aI＜E_aII，則歷程Ⅱ主要決定反應(yīng)①主反應(yīng)的速率；
故答案為：增大氧氣的壓強或把銅礦粉碎；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；Ⅱ．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活運用能力，題目難度中等．