Question

14．一种以黄铜矿和硫磺为原料制取铜和其他产物的新工艺，原料的综合利用率较高．其主要流程如图：

已知：“反应Ⅱ”的离子方程式为Cu²⁺+CuS+4C1^-═2[CuCl₂]^-+S
回答下列问题：
（1）铁红的化学式为Fe₂O₃；
（2）“反应Ⅱ”的还原剂是CuS（填化学式）；
（3）“反应III”的离子方程式为4[CuCl₂]^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（4）辉铜矿的主要成分是Cu₂S，可由黄铜矿（主要成分CuFeS₂）通过电化学反应转变而成，有关转化如图1 所示．转化时正极的电极反应式为2CuFeS₂+6H⁺+2e^-=Cu₂S+2Fe²⁺+3H₂S↑．
（5）从辉铜矿中浸取铜元素，可用FeCl₃作浸取剂．
①反应Cu₂S+4FeCl₃?2CuCl₂+4FeCl₂+S，每生成1mol CuCl₂，反应中转移电子的数目为2mol或2N_A；浸取时，在有氧环境下可维持Fe³⁺较高浓度．有关反应的离子方程式是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
②浸取过程中加入洗涤剂溶解硫时，铜元素的浸取率的变化如图2，其原因是生成的硫覆盖在Cu₂S表面，阻碍浸取．

（6）CuCl悬浊液中加入Na₂S，发生的反应为2CuCl（s）+S^2-（aq）?Cu₂S（s）+2Cl^-（aq），该反应的平衡常数K=5.76×10³⁰[已知K_sp（CuCl）=1.2×10^-6，K_sp（Cu₂S）=2.5×10^-43]．

Answer 1

分析 黄铜矿与S在高温下煅烧，使其转变为FeS₂、CuS，加入HCl、NaCl、CuCl₂混合溶液 发生反应Cu²⁺+CuS+4Cl^-=2[CuCl₂]^-+S↓，过滤得到滤液中通入空气发生反应4CuCl₂^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O，一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，结晶分离得到硫酸铜晶体，加入铁还原溶液得到铜；滤渣分离得到FeS和S，FeS₂通入空气灼烧得到氧化铁和二氧化硫，氧化铁炼钢，二氧化硫制备硫酸，
（1）铁红为三氧化二铁；
（2）根据还原剂的定义分析；
（3）反应Ⅲ中生成铜离子；
（4）正极得电子发生还原反应，化合价升高，则正极为CuFeS₂生Cu₂S、Fe²⁺、H₂S，据此书写；
（5）①根据反应中化合价的升降变化分析；根据亚铁离子易被氧化分析；
②生成的硫覆盖在Cu₂S表面，阻碍浸取；
（6）根据化学平衡常数分析；

解答 解：（l） 铁红为三氧化二铁，化学式为：Fe₂O₃；
故答案为：Fe₂O₃；
（2）由题：“反应Ⅱ”的离子方程式为Cu²⁺+CuS+4C1^-═2[CuCl₂]^-+S，其中硫元素化合价升高，发生氧化反应，CuS作还原剂；
故答案为：CuS；
（3）反应Ⅲ中生成铜离子，则离子反应为：4CuCl₂^-+O₂+4H⁺═4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
故答案为：4[CuCl₂]^-+O₂+4H⁺=4Cu²⁺+8Cl^-+2H₂O；
（4）正极得电子发生还原反应，化合价升高，根据图可知，CuFeS₂得电子生成Cu₂S、Fe²⁺、H₂S，故电极反应式为：2CuFeS₂+6H⁺+2e^-=Cu₂S+2Fe²⁺+3H₂S↑；
故答案为：2CuFeS₂+6H⁺+2e^-=Cu₂S+2Fe²⁺+3H₂S↑；
（5）①反应Cu₂S+4FeCl₃?2CuCl₂+4FeCl₂+S，亚铜离子失去电子生成铜离子，硫离子失去电子生成硫，铁离子得电子生成亚铁离子，生成2mol CuCl₂，反应中转移电子的数目为4mol，故生成1mol CuCl₂，反应中转移电子的数目为2mol或2N_A；其中亚铁离子易被氧化，发生反应：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，故浸取时，在有氧环境下可维持Fe³⁺较高浓度；
故答案为：2mol或2N_A；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
②根据图可知，未洗硫洗去硫的铜的浸取率低，因为生成的硫覆盖在Cu₂S表面，阻碍浸取；
故答案为：生成的硫覆盖在Cu₂S表面，阻碍浸取；
（6）已知K_sp（CuCl）=1.2×10^-6，K_sp（Cu₂S）=2.5×10^-43，反应为2CuCl（s）+S^2-（aq）?Cu₂S（s）+2Cl^-（aq），平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{{c}^{2}（C{l}^{-}）}{c（{S}^{2-}）}$•$\frac{{c}^{2}（C{u}^{2+}）}{{c}^{2}（C{u}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CuCl）^{2}}{Ksp（C{u}_{2}S）}$=$\frac{（1.2×1{0}^{-6}）^{2}}{2.5×1{0}^{-43}}$=5.76×10³⁰；
故答案为：5.76×10³⁰．

点评 本题以实际化工生产“黄铜矿的综合利用”为背景，考查了元素化合物知识，离子方程式和化学方程式的书写及有关计算，题目更注重考查学生利用化学原理来解决实际问题的能力，利用溶度积计算K，题目难度中等．