Question

2．据报道，有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在氧气存在下的酸性溶液中，能将黄铜矿（CuFeS₂）氧化成硫酸盐．发生的反应为：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O
（1）CuFeS₂中Fe的化合价为+2，上述反应中被氧化的元素是Fe和CuFeS₂中的S．
（2）工业生产中利用上述反应后的溶液，按如图甲流程可制备胆矾（CuSO₄•5H₂O）：
①分析表格（其中K_SP是相应金属氢氧化物的沉淀溶解平衡常数）：

	Ksp	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3+	2.6×10-39	1.9	3.2
Cu2+	2.2×10-20	4.7	6.7

步骤一应调节溶液的pH范围是3.2≤pH＜4.7．请运用沉淀溶解平衡的有关理论解释加入CuO能除去CuSO₄溶液中Fe³⁺的原因加入CuO与H⁺反应使c（H⁺）减小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，导致Fe³⁺生成沉淀而除去．
②步骤三中的具体操作方法是蒸发浓缩，冷却结晶．
（3）有人提出可以利用图乙的装置从溶液B中提炼金属铜．该过程中图乙电极的反应式是4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，总反应的方程式是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）在氧化还原反应中，化合价升高的元素在反应中被氧化；
（2）①根据实验的目的结合相应金属氢氧化物的沉淀溶解平衡常数进行解答；运用沉淀溶解平衡移动的原理进行解答；
②溶解度受温度影响较大的物质从溶液中结晶析出的方法是冷却热饱和溶液；
（3）溶液B为硫酸铜，从溶液B中提炼金属铜，实质是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

解答 解：（1）在4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O反应中，CuFeS₂中Fe从+2价变为产物中的+3价，硫从-2价变为产物中的+6价，Fe和CuFeS₂中的S化合价升高，在反应中被氧化，
故答案为：Fe和CuFeS₂中的S；
（2）①该实验的目的是制备胆矾（CuSO₄•5H₂O），需除去杂质三价铁离子，所以调节溶液的pH使三价铁离子变成氢氧化铁沉淀且沉淀完全，而铜离子不能沉淀，所以步骤一应调节溶液的pH范围是3.2≤pH＜4.7，加入CuO，CuO与H⁺反应使c（H⁺）减小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，导致Fe³⁺生成沉淀而除去，
故答案为：3.2≤pH＜4.7；加入CuO与H⁺反应使c（H⁺）减小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，导致Fe³⁺生成沉淀而除去；
②CuSO₄溶解度受温度影响较大，将硫酸铜溶液蒸发浓缩后，将热的硫酸铜溶液静置并慢慢降温，得到硫酸铜晶体，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶；
（3）CuSO₄溶液中铜离子的放电能力大于氢离子的放电能力，所以铜离子先放电；氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力，氢氧根离子先放电，阳极上失电子，发生氧化反应，所以该过程中右边电极氢氧根离子在阳极上失电子生成氧气4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；阴极上得电子，反应还原反应，所以铜离子的阴极上得电子生成铜Cu²⁺+2e^-=Cu，总的反应为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑．

点评 本题主要考查性质实验方案的设计，涉及制备胆矾，依据流程图结合铜及其化合物的性质是解答的关键，题目难度中等．