Question

4．铜是用途广泛的金属，可根据铜矿的成分不同采用不同的方法冶炼铜．
火法炼铜：将辉铜矿（Cu₂S）在空气中高温焙烧即可得到铜和一种还原性的气体．
湿法炼铜：科学家发现有一种细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可以将黄铜矿（主要成分是CuFeS₂，含少量杂质SiO₂）氧化成含Fe³⁺，Cu²⁺的溶液．某工厂运用该原理冶炼铜的同时制绿矾（FeSO₄•7H₂O）的工艺如下：K_sp=2.2×10^-30，K_sp=2.6×10^-39
（1）火法炼铜发生反应的化学方程式为Cu₂S+O₂═2Cu+SO₂．
（2）湿法炼铜工艺流程中，为了提高酸浸时的浸取率，本流程可采取的措施是增大酸的浓度、提高温度、搅拌等（写出一条即可），试剂X为CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃，试剂a为稀H₂SO₄．
（3）配平反应I的化学方程式：
4 CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄=4 CuSO₄+2 Fe₂（SO₄）₃+2 H₂O
（4）已知：常温下K_sp=2.2×10^-20，K_sp=2.6×10^-38．加入过量的试剂X调节pH=4时，可使溶液中的Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，此时溶液中的c（Fe³⁺）=2.6×10^-8mol/L，若要此时不出现Cu（OH）₂沉淀，则溶液中的c（Cu²⁺）最大不超过2.2mol/L．
（5）由滤液得到绿矾的操作为蒸发浓缩、隔绝空气冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

Answer 1

分析 （1）辉铜矿（Cu₂S）在空气中高温焙烧即可得到铜和还原性的气体二氧化硫；
（2）运用湿法炼铜的同时制绿矾（FeSO₄•7H₂O）的工艺：将黄铜矿（主要成分是CuFeS₂，含少量杂质SiO₂）氧化成含Fe³⁺，Cu²⁺的溶液，加入试剂XCuO、Cu（OH）₂、CuCO₃促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀与铜离子分离，得到固体A氢氧化铁和硫酸铜溶液，硫酸铜溶液与铁粉得到铜单质，氢氧化铁再用稀硫酸溶解，再用铁粉还可得C为硫酸亚铁溶液，亚铁离子易被氧化，再通过蒸发浓缩、隔绝降温结晶、过滤、洗涤、干燥得绿矾，据此分析作答．

解答 解：（1）火法炼铜发生反应的化学方程式为：Cu₂S+O₂═2Cu+SO₂；
故答案为：Cu₂S+O₂═2Cu+SO₂；
（2）酸浸时，通过增大酸的浓度、粉碎矿石或者升高温度或者进行搅拌都可以提高浸取率；
故答案为：增大酸的浓度、提高温度、搅拌等；加入过量CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃ 调节溶液PH，使铁离子变成氢氧化铁沉淀，则试剂X为CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃，制取的是绿矾，不能引进新的杂质，溶解氢氧化铁用稀硫酸，试剂a的最佳选择是稀硫酸；
故答案为：增大酸的浓度、提高温度、搅拌等；CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃；稀H₂SO₄；
（3）反应I的化学方程式为：4CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄═4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
故答案为：4，17，2，4，2，2；
（4）已知溶液的pH=4，则c（H⁺）=10^-4mol/L，c（OH^-）=10^-10mol/L，Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-38=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），所以c（Fe³⁺）=2.6×10^-8mol/L；已知溶液中氢氧根离子的浓度为10^-10mol/L，若要此时不出现Cu（OH）₂沉淀，则Qc=c（Cu²⁺）×c²（OH^-）＜Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，则溶液中的c（Cu²⁺）=2.2；
故答案为：2.6×10^-8；2.2；
（5）滤液为硫酸亚铁溶液，亚铁离子易被氧化，故再通过蒸发浓缩、隔绝降温结晶、过滤、洗涤、干燥得绿矾；
故答案为：蒸发浓缩、隔绝空气冷却结晶、过滤．

点评 本题考查了工业生成铜和绿矾的工业流程，涉及了实验操作、化学方程式书写、反应方程式的书写、除杂质、氧化还原反应、溶度积的有关计算等，综合性较强，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．