Question

3．含硫化合物的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護的重要研究課題．

（1）工業(yè)上常將H₂S和空氣的混合氣體通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反應(yīng)來回收S，其物質(zhì)轉(zhuǎn)化如圖1所示．
①上述轉(zhuǎn)化中，化合價不變的元素是Cu、H、Cl．
②上述反應(yīng)中當有1mol H₂S轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)時，若保持溶液中Fe³⁺的物質(zhì)的量不變，則需消耗O₂的物質(zhì)的量為0.5mol．
③在不改變溫度和不補加溶液的條件下，緩慢通入混合氣體，并充分攪拌．欲使生成的硫單質(zhì)中不含CuS，可采取的措施有提高混合氣體中空氣的比例．
（2）H₂S在高溫下分解生成硫蒸氣和H₂．若反應(yīng)在不同溫度下達到平衡時，混合氣體中各組分的體積分數(shù)如圖2所示，H₂S在高溫下分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂．
（3）黃鐵礦（主要成分FeS₂）、黃銅礦（主要成分CuFeS₂）均是自然界中的常見礦物資源．
①有研究者提出黃鐵礦在空氣中氧化的四步反應(yīng)如圖3甲所示．其中d步發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是FeS₂+14Fe³⁺+8 H₂O=15 Fe²⁺+2 SO₄^2-+16 H⁺．
②用細菌冶銅時，當黃銅礦中伴有黃鐵礦，由于原電池效應(yīng)可明顯提高黃銅礦浸取速率，其原理如圖3乙所示．
a．冶煉過程中，正極周圍溶液的pH增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
b．黃銅礦作負極，其產(chǎn)生單質(zhì)硫的電極反應(yīng)式為CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)圖中各元素化合價變化分析；
②該反應(yīng)中S元素化合價由-2價變?yōu)?價、O元素化合價由0價變?yōu)?2價，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等；
③欲使生成的硫單質(zhì)中不含CuS，則硫離子不能剩余，硫離子完全被氧化為S單質(zhì)；
（2）根據(jù)題意知，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物是硫化氫，根據(jù)圖象知，生成物中含有S元素的物質(zhì)是氫氣的一半，則生成物是S₂和H₂，再結(jié)合反應(yīng)條件書寫方程式；
（3）①d反應(yīng)原理是硫化亞鐵與鐵離子反應(yīng)，鐵離子被還原生成亞鐵離子，硫離子被氧化為硫酸根離子；
②a、用細菌冶銅時，正極為氧氣放電，氧氣得到電子，結(jié)合溶液中的H離子生成水；
b、負極黃鐵礦中的硫失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)．

解答 解：（1）①根據(jù)圖中各元素化合價知，Cu元素化合價都是+2價、H元素化合價都是+1價、Cl元素化合價都是-1價，所以化合價不變的是Cu、H、Cl元素，故答案為：Cu、H、Cl；
②H₂S不穩(wěn)定，易被氧氣氧化生成S單質(zhì)，反應(yīng)方程式為2H₂S+O₂=2S+2H₂O，該反應(yīng)中S元素化合價由-2價變?yōu)?價、O元素化合價由0價變?yōu)?2價，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子相等得，消耗O₂的物質(zhì)的量=$\frac{1mol}{2}$=0.5mol，故答案為：0.5mol；
③欲使生成的硫單質(zhì)中不含CuS，則硫離子不能剩余，即硫離子完全被氧化為S單質(zhì)，所以氧氣必須過量，采取的措施為提高混合氣體中空氣的比例，故答案為：提高混合氣體中空氣的比例；
（2）根據(jù)題意知，該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)物是硫化氫，根據(jù)圖象知，生成物中含有S元素的物質(zhì)是氫氣的一半，則生成物是S₂和H₂，所以該反應(yīng)方程式為2H₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂，故答案為：2H₂S$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+S₂；
（3）①d反應(yīng)原理是硫化亞鐵與鐵離子反應(yīng)，鐵離子被還原生成亞鐵離子，硫離子被氧化為硫酸根，離子反應(yīng)方程式為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，故答案為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
②a、正極為氧氣放電，氧氣得到電子，結(jié)合溶液中的H⁺離子生成水，故溶液中氫離子濃度減小，pH值增大，故答案為：增大；
b、負極黃鐵礦中的硫失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫單質(zhì)，電極反應(yīng)方程式為：CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S，故答案為：CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S．

點評 本題以S為載體考查氧化還原反應(yīng)、電解原理等知識點，會正確分析圖象中各個物理量的含義是解本題關(guān)鍵，再結(jié)合電解原理、氧化還原反應(yīng)中各個物理量之間的關(guān)系、化學(xué)平衡有關(guān)知識來分析解答即可，題目難度中等．