Question

1．黄铜矿（CuFeS₂）是用于制取铜及其化合物的主要原料之一，还可以制备硫、铁和镍的化合物．

回答下列问题：
（1）冰铜熔炼过程发生的主要反应为：
2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1
2Cu₂O（s）+Cu₂S（s）=6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1
在熔炼过程中不需要持续加热，原因是2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1为放热反应，反应放出的热量可以维持反应进行．
（2）熔炼过程中产生的大量SO₂（填分子式），可进一步加工并作为上述流程中的原料加以循环利用．
（3）炉渣的主要成分是Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂，为了得到铁红，需对上述滤液进行处理，处理过程涉及下列步骤中的ACD（填序号）．A．氧化    B．还原    C．灼烧    D．加碱
（4）废电解液中含有较多的Ni²⁺，从废电解液提取硫酸镍晶体，需用电解法把电解液中的Cu²⁺除去，电解的阳极可以采用石墨作为电极材料，阳极的电极反应式是4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．
（5）从废电解液中除去Pb²⁺的方法是往其中通人H₂S至饱和，使Pb²⁺转化为硫化物沉淀，溶液的pH对转化效果的影响是溶液pH越大，转化效果越好．
已知：H₂S饱和溶液中c（H₂S）为0.1mol/L，$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）×c（{S}^{2-}）}{c（{H}_{2}S）}$=10^-20；NiS的K_sp=10^-11．
若废电解液的pH=5，为保证不生成NiS沉淀，Ni²⁺浓度应控制在1mol/L以下．

Answer 1

分析 （1）2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）为放热反应，提供的热量可以维持反应进行；
（2）熔炼过程中产生的大量二氧化硫，可以用于制备硫酸；
（3）二氧化硅不与硫酸反应，过滤除去，得到滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝及过量的硫酸，再将亚铁离子氧化为铁离子，最后加热过滤的氢氧化钠使铝离子转化为偏铝酸根、使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤、灼烧得到氧化铁；
（4）由电解方法除去Cu²⁺，Cu²⁺发生还原反应，在阴极放电，阳极可以为惰性电极，阳极是氢氧根离子放电生成水与氧气；
（5）溶液中S^2-浓度越大，Pb²⁺沉淀越完全，溶液pH越大，越有利于硫化氢电离平衡右移得到S^2-；
根据$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）×c（{S}^{2-}）}{c（{H}_{2}S）}$=10^-20计算溶液中c（S^2-），在根据NiS的K_sp=c（S^2-）×c（Ni²⁺）=10^-11 计算Ni²⁺应控制的浓度．

解答 解：（1）2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1为放热反应，反应放出的热量可以维持反应进行，在熔炼过程中不需要持续加热，
故答案为：2Cu₂S（s）+3O₂（g）=2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1为放热反应，反应放出的热量可以维持反应进行；
（2）熔炼过程中产生的大量二氧化硫，可以用于制备硫酸，进行循环利用，
故答案为：SO₂；
（3）二氧化硅不与硫酸反应，过滤除去，得到滤液中含有硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝及过量的硫酸，再将亚铁离子氧化为铁离子，最后加热过滤的氢氧化钠使铝离子转化为偏铝酸根、使铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤、洗涤、灼烧得到氧化铁，
故选：ACD；
（4）由电解方法除去Cu²⁺，Cu²⁺发生还原反应，在阴极放电，阳极可以为惰性电极，可以是石墨，阳极是氢氧根离子放电生成水与氧气，电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：石墨；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）溶液中S^2-浓度越大，Pb²⁺沉淀越完全，溶液pH越大，越有利于硫化氢电离平衡右移得到S^2-，故溶液pH越大，转化效果越好；
若废电解液的pH=5，H₂S饱和溶液中c（H₂S）为0.1mol/L，则溶液中c（S^2-）=$\frac{1{0}^{-20}×0.1}{（1{0}^{-5}）^{2}}$mol/L=10^-11mol/L，根据NiS的K_sp=c（S^2-）×c（Ni²⁺）=10^-11，可知c（Ni²⁺）＜$\frac{Ksp（NiS）}{c（{S}^{2-}）}$=1mol/L，
故答案为：溶液pH越大，转化效果越好；1mol/L．

点评 本题考查物质制备实验，涉及对操作的分析评价、对原理的分析、物质分离提纯、电解应用、沉淀转化等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用知识能力，难度中等．