题目内容
（2009?大连一模）细菌冶金是一种新工艺，其能耗少、减少环境污染．称为“绿色冶金”．其原理：①氧化硫硫杆菌和聚硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸，反应式为2S+3O2+2H2O═2H2SO4，②氧化亚铁硫杆菌在上面产生的硫酸中能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁③细菌得到了所需要的能量，生成的硫酸铁可把FeS2（黄铁矿）和Cu2S（辉铜矿）等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来，其化学过程是：
Fe2S2（黄铁矿）+7Fe2（SO4）3+8H2O═15FeSO4+8H2SO4
Cu2S（辉铜矿）+2Fe2（SO4）2═2CuSO4+4FeSO4+S
（1）写出②反应的化学方程式：
（2）某实验小组，欲将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液．经查阅资料得知，在溶液中通过调节溶液的酸碱性而使Cu2+、Fe2+、Fe3+分别生成沉淀的pH如表2
实验室有下列试剂可供选择A． H2O2 B．CaO C．CuO D．稀H2SO4 E．铁粉；
实验经过滤后还需设计的实验操作步骤和目的是：
（3）若向CuSO4、FeSO4混合液中加入适量碱液，将溶液蒸干、灼烧得到红色粉末是Fe2O3、Cu2O混合物，欲测定该混合物中Cu2O的质量分数．该实验小组的方法是向m g混合物中加入足量的稀硫酸，经过滤、洗涤、干燥、称量固体的质量为n g．已知Cu2O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO4．某学生据此计算出该混合物Cu2O的质量分数的计算式
×100%．该学生的计算是否正确：
Fe2S2（黄铁矿）+7Fe2（SO4）3+8H2O═15FeSO4+8H2SO4
Cu2S（辉铜矿）+2Fe2（SO4）2═2CuSO4+4FeSO4+S
（1）写出②反应的化学方程式：
4FeSO4+2H2SO4+O2
2Fe2（SO4）3+2H2O
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4FeSO4+2H2SO4+O2
2Fe2（SO4）3+2H2O
．
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（2）某实验小组，欲将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液．经查阅资料得知，在溶液中通过调节溶液的酸碱性而使Cu2+、Fe2+、Fe3+分别生成沉淀的pH如表2
| 物质 | Cu（OH）2 | Fe（OH）2 | Fe（OH）3 |
| 开始沉淀pH | 6.0 | 7.5 | 1.4 |
| 沉淀完全pH | 13 | 14 | 3.7 |
实验经过滤后还需设计的实验操作步骤和目的是：
| 实验步骤 | 实验操作 | 实验操作的目的 |
| 步骤1 | 加入H2O2 加入H2O2 |
把二价铁氧化成三价 把二价铁氧化成三价 |
| 步骤2 | 加入适量氧化铜，调节pH到3.7 加入适量氧化铜，调节pH到3.7 |
保证三价铁完全沉淀 保证三价铁完全沉淀 |
| 步骤3 | 过滤 过滤 |
滤出氢氧化铁 滤出氢氧化铁 |
| 步骤4 | 洗涤 | 除去杂质 除去杂质 |
| 步骤5 | 向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉 向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉 |
得到FeSO4溶液 |
| 144n |
| 64m |
不正确
不正确
，请说明理由因为该计算没有考虑Cu与Fe3+的反应
因为该计算没有考虑Cu与Fe3+的反应
．分析：（1）氧化亚铁中+2价的铁在空气中被氧气氧化；
（2）根据实验设计的目的和实验操作步骤，将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液，首先用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，然后加入适量氧化铜，调节pH到3.7，保证三价铁完全沉淀，过滤得到氢氧化铁，通过洗涤除去杂质，向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉，得到FeSO4溶液，据此即可解答．
（3）计算该混合物中Cu2O的质量分数应考虑2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；
（2）根据实验设计的目的和实验操作步骤，将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液，首先用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，然后加入适量氧化铜，调节pH到3.7，保证三价铁完全沉淀，过滤得到氢氧化铁，通过洗涤除去杂质，向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉，得到FeSO4溶液，据此即可解答．
（3）计算该混合物中Cu2O的质量分数应考虑2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；
解答：解：（1）氧化亚铁中+2价的铁具有还原性，空气中氧气具有氧化性，硫杆菌起催化作用，发生反应4FeSO4+2H2SO4+O2
2Fe2（SO4）3+2H2O，
故答案为：4FeSO4+2H2SO4+O2
2Fe2（SO4）3+2H2O；
（2）将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液，氢氧化物沉淀完全时的pH=10，当溶液的pH等于3.7时，Fe（OH）3完全沉淀，pH最小，故应将Fe2+先转化为Fe3+，在利用增大pH的方法除去溶液中的Fe3+，但是所加物质不能增加新的杂质，故第一步氧化剂应是H2O2，首先用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，Fe3+只能存在于酸性溶液中，当溶液的pH大于1.4时，Fe3+开始水解生成沉淀，当溶液的pH等于3.7时，Fe3+已完全水解为沉淀，过滤得到氢氧化铁，通过洗涤除去杂质，向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉，得到FeSO4溶液，
故答案为：
（3）若向CuSO4、FeSO4混合液中加入适量碱液，将溶液蒸干、灼烧得到红色粉末是Fe2O3、Cu2O混合物，欲测定该混合物中Cu2O的质量分数．该实验小组的方法是向m g混合物中加入足量的稀硫酸，发生Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O，生成的铜与Fe3+反应，2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；经过滤、洗涤、干燥、称量固体的质量为ng，ng为溶解掉一部分铜后剩余的铜，该混合物Cu2O的质量分数应大于
×100%，所以该计算不正确，
故答案为：不正确；因为该计算没有考虑Cu与Fe3+的反应；
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故答案为：4FeSO4+2H2SO4+O2
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（2）将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液，氢氧化物沉淀完全时的pH=10，当溶液的pH等于3.7时，Fe（OH）3完全沉淀，pH最小，故应将Fe2+先转化为Fe3+，在利用增大pH的方法除去溶液中的Fe3+，但是所加物质不能增加新的杂质，故第一步氧化剂应是H2O2，首先用H2O2将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，Fe3+只能存在于酸性溶液中，当溶液的pH大于1.4时，Fe3+开始水解生成沉淀，当溶液的pH等于3.7时，Fe3+已完全水解为沉淀，过滤得到氢氧化铁，通过洗涤除去杂质，向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉，得到FeSO4溶液，
故答案为：
| 实验步骤 | 实验操作 | 实验操作的目的 |
| 步骤1 | 加入H2O2 | 把二价铁氧化成三价 |
| 步骤2 | 加入适量氧化铜，调节pH到3.7 | 保证三价铁完全沉淀 |
| 步骤3 | 过滤 | 滤出氢氧化铁 |
| 步骤4 | 洗涤沉淀 | 除去杂质 |
| 步骤5 | 向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉 | 得到FeSO4溶液 |
| 144n |
| 64m |
故答案为：不正确；因为该计算没有考虑Cu与Fe3+的反应；
点评：本题主要考查了实验方案的设计，注意根据实验原理设计实验方案是解答的关键，平时注意培养应用知识、解决问题的能力，题目难度中等．
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