Question

【题目】铜矾(主要成分 CuSO4·5H2O)是一种可用于食品添加的铜强化剂。现以某硫铁矿渣(含有 CuSO4、CuSO3、Cu2O及少量难溶于酸的Cu2S、CuS)制备铜矾的工艺过程如下：

(1)“1%硫酸酸浸”时，固液质量比为1:3并进行4～6次浸取，其目的是_________；

(2)“滤饼”中含有Cu，其中Cu在“反应1”中溶解的离子方程式为________；“废渣1”中只含有S单质，则“反应1”中Cu2S与Fe2(SO4)3反应的物质的量之比为_______。

(3)“反应2”中通入空气的目的是_______；结合离子方程式，说明“反应3”加入石灰石的作用________。

(4)为了提高硫铁矿渣的利用率和产品的产率，在“浓缩”前进行的必要操作是_____；分析下列溶解度信息，最适宜的结晶方式为_________。

t/℃	0	10	20	30	40	60	80
CuSO4·5H2O/(g/100g H2O)	23.1	27.5	32.0	37.8	44.6	61.8	83.8

(5)将铜矾、生石灰、水按质量比依次为1.0:0.56:100混合配制无机铜杀菌剂波尔多液，其有效成分为CuSO4·xCu(OH)2·yCa(OH)2。当x=1时，试确定y的值为____。

Answer 1

【答案】提高对固体矿渣的浸取率 Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+ 1:2 将Fe2+氧化为Fe3+ Fe3++3H2OFe(OH)+3H+，加入CaCO3消耗H+，使上述反应正向移动，有利于Fe(OH)3沉淀 将滤液并入 降温结晶 4

【解析】

硫铁矿渣加1%稀硫酸进行酸浸，CuSO3、Cu2O分别与稀硫酸反应，CuSO3+H2SO4=CuSO4+SO2↑+H2O、Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O，过滤后滤液中含有CuSO4，滤饼中有难溶于酸的Cu2S、CuS和酸浸时生成的Cu，加入热Fe2(SO4)3发生氧化还原反应，反应后铜变为Cu2+、硫离子被氧化为硫单质经过滤除去，Fe3+被还原为Fe2+，通入空气将Fe2+氧化为Fe3+，然后加入石灰石调节溶液的pH，将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀过滤除去，将滤液与第一次过滤后的滤液混合，蒸发浓缩，冷却结晶，得到铜矾，根据以上分析解答。

（1）“1%硫酸酸浸”时，由于硫酸浓度较小，为了提高固体矿渣的浸取率，可增加硫酸的体积和浸取的次数，故采取固液质量比为1:3并进行4～6次浸取的工艺，答案为：为了提高固体矿渣的浸取率。

（2）滤饼中的Cu可以与热Fe2(SO4)3发生氧化还原反应，Fe3+被还原为Fe2+，Cu被氧化为Cu2+，根据得失电子守恒、电荷花守恒，该反应的离子方程式为：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+；“废渣1”中只含有S单质，“反应1”中Cu2S与Fe2(SO4)3反应时，Cu由+1价变为+2价，S由-2价变为0价，Fe由+3价变为+2价，1molCu2S共失去12+2=4mol电子，1mol Fe2(SO4)3得到12=2 mol电子，根据得失电子守恒可知，Cu2S与Fe2(SO4)3反应时的物质的量之比为1：2，答案为：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+；1：2；

（3）在化工生产中，通常先把Fe2+氧化为Fe3+，然后再调节溶液的pH，将Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，所以“反应2”中通入空气的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，由于Fe3+ 发生水解反应Fe3++3H2OFe(OH)+3H+ ，“反应3”加入CaCO3消耗H+，使上述反应正向移动，有利于Fe(OH)3沉淀生成，答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；加入CaCO3消耗H+，使上述反应正向移动，有利于Fe(OH)3沉淀；

（4）由分析可知酸浸后过滤得到的滤液中含有一定量的CuSO4，为了提高硫铁矿渣的利用率和产品的产率，在“浓缩”前将此滤液并入，由表中数据可知，铜矾的溶解度随温度的升高而增大，因此可对滤液进行蒸发浓缩、降温结晶，从而得到铜矾晶体，答案为：将滤液并入；降温结晶；

（5）将铜矾、生石灰的质量比1.0：0.56，其物质的量之比=：=2：5，根据原子守恒可知Cu2+离子和Ca2+离子的物质的量之比为2：5，将铜矾、生石灰、水按质量比依次为1.0:0.56:100混合配制无机铜杀菌剂波尔多液，硫酸铜和氢氧化钙反应生成氢氧化铜和硫酸钙的方程式为：CuSO4+Ca(OH)2=Cu(OH)2+CaSO4，波尔多液有效成分为CuSO4·xCu(OH)2·yCa(OH)2，当x=1时，Ca(OH)2与Cu(OH)2物质的量之比为1：1，根据Ca原子守恒可知，剩余Ca(OH)2的量为5-1=4，即参加反应的Ca(OH)2与剩余Ca(OH)2的物质的量之比为1：4，答案为：4。