Question

14．一種以黃銅礦和硫磺為原料制取銅和其他產(chǎn)物的新工藝，原料的綜合利用率較高．其主要流程如圖：

已知：“反應(yīng)Ⅱ”的離子方程式為Cu²⁺+CuS+4C1^-═2[CuCl₂]^-+S
回答下列問(wèn)題：
（1）鐵紅的化學(xué)式為Fe₂O₃；
（2）“反應(yīng)Ⅱ”的還原劑是CuS（填化學(xué)式）；
（3）“反應(yīng)III”的離子方程式為4[CuCl₂]^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（4）輝銅礦的主要成分是Cu₂S，可由黃銅礦（主要成分CuFeS₂）通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成，有關(guān)轉(zhuǎn)化如圖1 所示．轉(zhuǎn)化時(shí)正極的電極反應(yīng)式為2CuFeS₂+6H⁺+2e^-=Cu₂S+2Fe²⁺+3H₂S↑．
（5）從輝銅礦中浸取銅元素，可用FeCl₃作浸取劑．
①反應(yīng)Cu₂S+4FeCl₃?2CuCl₂+4FeCl₂+S，每生成1mol CuCl₂，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2mol或2N_A；浸取時(shí)，在有氧環(huán)境下可維持Fe³⁺較高濃度．有關(guān)反應(yīng)的離子方程式是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
②浸取過(guò)程中加入洗滌劑溶解硫時(shí)，銅元素的浸取率的變化如圖2，其原因是生成的硫覆蓋在Cu₂S表面，阻礙浸�。�

（6）CuCl懸濁液中加入Na₂S，發(fā)生的反應(yīng)為2CuCl（s）+S^2-（aq）?Cu₂S（s）+2Cl^-（aq），該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5.76×10³⁰[已知K_sp（CuCl）=1.2×10^-6，K_sp（Cu₂S）=2.5×10^-43]．

Answer 1

分析 黃銅礦與S在高溫下煅燒，使其轉(zhuǎn)變?yōu)镕eS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 發(fā)生反應(yīng)Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，過(guò)濾得到濾液中通入空氣發(fā)生反應(yīng)4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定溫度下，在反應(yīng)Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸銅晶體，結(jié)晶分離得到硫酸銅晶體，加入鐵還原溶液得到銅；濾渣分離得到FeS和S，F(xiàn)eS₂通入空氣灼燒得到氧化鐵和二氧化硫，氧化鐵煉鋼，二氧化硫制備硫酸，
（1）鐵紅為三氧化二鐵；
（2）根據(jù)還原劑的定義分析；
（3）反應(yīng)Ⅲ中生成銅離子；
（4）正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，化合價(jià)升高，則正極為CuFeS₂生Cu₂S、Fe²⁺、H₂S，據(jù)此書(shū)寫(xiě)；
（5）①根據(jù)反應(yīng)中化合價(jià)的升降變化分析；根據(jù)亞鐵離子易被氧化分析；
②生成的硫覆蓋在Cu₂S表面，阻礙浸��；
（6）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)分析；

解答 解：（l） 鐵紅為三氧化二鐵，化學(xué)式為：Fe₂O₃；
故答案為：Fe₂O₃；
（2）由題：“反應(yīng)Ⅱ”的離子方程式為Cu²⁺+CuS+4C1^-═2[CuCl₂]^-+S，其中硫元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，CuS作還原劑；
故答案為：CuS；
（3）反應(yīng)Ⅲ中生成銅離子，則離子反應(yīng)為：4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
故答案為：4[CuCl₂]^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（4）正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，化合價(jià)升高，根據(jù)圖可知，CuFeS₂得電子生成Cu₂S、Fe²⁺、H₂S，故電極反應(yīng)式為：2CuFeS₂+6H⁺+2e^-=Cu₂S+2Fe²⁺+3H₂S↑；
故答案為：2CuFeS₂+6H⁺+2e^-=Cu₂S+2Fe²⁺+3H₂S↑；
（5）①反應(yīng)Cu₂S+4FeCl₃?2CuCl₂+4FeCl₂+S，亞銅離子失去電子生成銅離子，硫離子失去電子生成硫，鐵離子得電子生成亞鐵離子，生成2mol CuCl₂，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為4mol，故生成1mol CuCl₂，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2mol或2N_A；其中亞鐵離子易被氧化，發(fā)生反應(yīng)：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，故浸取時(shí)，在有氧環(huán)境下可維持Fe³⁺較高濃度；
故答案為：2mol或2N_A；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
②根據(jù)圖可知，未洗硫洗去硫的銅的浸取率低，因?yàn)樯�成的硫覆蓋在Cu₂S表面，阻礙浸��；
故答案為：生成的硫覆蓋在Cu₂S表面，阻礙浸�。�
（6）已知K_sp（CuCl）=1.2×10^-6，K_sp（Cu₂S）=2.5×10^-43，反應(yīng)為2CuCl（s）+S^2-（aq）?Cu₂S（s）+2Cl^-（aq），平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$•$\frac{{c}^{2}（C{u}^{2+}）}{{c}^{2}（C{u}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CuCl）^{2}}{Ksp（C{u}_{2}S）}$=$\frac{（1.2×1{0}^{-6}）^{2}}{2.5×1{0}^{-43}}$=5.76×10³⁰；
故答案為：5.76×10³⁰．

點(diǎn)評(píng) 本題以實(shí)際化工生產(chǎn)“黃銅礦的綜合利用”為背景，考查了元素化合物知識(shí)，離子方程式和化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)及有關(guān)計(jì)算，題目更注重考查學(xué)生利用化學(xué)原理來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，利用溶度積計(jì)算K，題目難度中等．