Question

2．我国产铜主要取自黄铜矿（CuFeS₂），随着矿石品味的降低和环保要求的提高，湿法炼铜的优势日益突出．该工艺的核心是黄铜矿的浸出，目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三种方法．
Ⅰ．氧化浸出
（1）在硫酸介质中用双氧水将黄铜矿氧化，测得有SO₄^2-生成．
①该反应的离子方程式为2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O．
②该反应在25-50℃下进行，实际生产中双氧水的消耗量要远远高于理论值，试分析其原因为H₂O₂受热分解，产物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等．．
Ⅱ、配位浸出
反应原理为：CuFeS₂+NH₃•H₂O+O₂+OH^-→Cu（NH₃）₄²⁺+SO₄^2-+H₂O（未配平）
（2）为提高黄铜矿的浸出率，可采取的措施有提高氨水的浓度、提高氧压（至少写出两点）．
（3）为稳定浸出液的pH，生产中需要向氨水中添加NH₄C1，构成NH₃．H₂O-NH₄Cl缓冲溶液．某小组在实验室对该缓冲体系进行了研究：25℃时，向amol．L^-l的氨水中缓慢加入等体积0.02mol．L^-l的NH₄Cl溶液，平衡时溶液呈中性．则NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$（用含a的代数式表示）；滴加NH₄Cl溶液的过程中水的电离
平衡正向（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．
Ⅲ，生物浸出
在反应釜中加入黄铜矿、硫酸铁、硫酸和微生物，并鼓入空气，黄铜矿逐渐溶解，反应釜中各物质的转化关系如图所示．
（4）在微生物的作用下，可以循环使用的物质有Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄（填化学式），微生物参与的离子反应方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺（任写一个）．
（5）假如黄铜矿中的铁元素最终全部转化为Fe³⁺，当有2mol SO₄^2-生成时，理论上消耗O₂的物质的量为4.25mol．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）①双氧水将黄铜矿（CuFeS₂）氧化得到硫酸根和三价铁；
②H₂O₂受热分解，Cu²⁺、Fe³⁺是H₂O₂分解的催化剂；
（2）增大一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的转化率；
（3）根据Kb=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$计算；铵根离子的水解促进水的电离；
（4）由图知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中间产物；在微生物作用下，氧气把亚铁离子氧化为铁离子；
（5）铁元素最终全部转化为Fe³⁺，硫元素转化为硫酸根，根据得失电子守恒计算．

解答 解：（1）①双氧水将黄铜矿氧化得到硫酸根和三价铁，离子方程式为：2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O；
故答案为：2CuFeS₂+17H₂O₂+2H⁺=2Cu²⁺+2Fe³⁺+4SO₄^2-+18H₂O；
②H₂O₂受热易分解，产物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解；
故答案为：H₂O₂受热分解，产物Cu²⁺、Fe³⁺催化H₂O₂分解等；
（2）增大一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的转化率，可提高氨水的浓度、提高氧压；
故答案为：提高氨水的浓度、提高氧压；
（3）在25℃下，氨水微弱电离，浓度约为0.5a，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，则c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=0.01mol/L，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3•}{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×0.01}{0.5a}$=$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；铵根水解能与氢氧根结合，促进水的电离；
故答案为：$\frac{2×1{0}^{-9}}{a}$；正向；
（4）由图知Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄是中间产物，可循环使用，离子反应方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄；4Fe²⁺+O₂+4H⁺$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$4Fe³⁺+2H₂O或S₈+12O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;微生物\;}}{\;}$8SO₄^2-+16H⁺；
（5）铁元素最终全部转化为Fe³⁺，硫元素转化为硫酸根，当有2mol SO₄^2-生成时，失去电子工17mol，消耗O₂的物质的量为$\frac{17}{4}$=4.25mol；
故答案为：4.25 mol．

点评 本题考查物质的分离提纯、电离常数的计算以及氧化还原反应的计算等知识，侧重考查基本理论及计算能力，明确反应原理、物质性质及离子方程式书写规则是解本题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．