Question

18．工业上以黄铜矿（主要成分CuFeS₂，铁为+2 价）为原料制备铜的工艺常有两种．回答下列问题：
（1）火法熔炼工艺．该工艺经过浮选、焙烧、熔炼等程度，在使铁元素及其他有关杂质进入炉渣的同时，使铜元素还原为粗铜，发生的主要反应为：
2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ．mol^-1
2Cu₂S（s）+Cu₂S（s）═6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ．mol^-1
①“火法熔炼工艺”中的“焙烧”程序，是在通入少量空气的情况下使黄铜矿部分脱硫生成焙砂（主要成分是Cu₂S 和FeS）和SO₂，该反应的化学方程式为2CuFeS₂+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu₂S（s）+2FeS+SO₂．
②为加快黄铜矿焙烧速率，可采取的措施有将黄铜矿粉碎、升高温度、增大空气流速（写1种）．
③在“火法熔炼工艺”中，Cu₂S 与等物质的量的O₂ 反应生成Cu 的热化学方程式为Cu₂S（s）+O₂（g）=2Cu（s）+SO₂（g）△H=-217.4kJ•mol^-1 ．
下列处理SO₂的方法，合理的是bc（填选项）．
a．将反应炉建高，采取高空排放           b．用纯碱溶液吸收制备亚硫酸钠
c．用氨水吸收后，再经氧化制备硫酸铵     d．用BaCl₂ 溶液吸收制备BaSO₃
（2）FeCl₃ 溶液浸出工艺．该工艺的主要流程为：：

如果只考虑黄铜矿中CuFeS₂ 参与反应，则“浸出”后的“滤液”中仅含两种金属阳离子，而且最终FeCl₃ 溶液能全部获得再生以供循环使用．
①在“FeCl₃溶液浸出工艺”中，“浸出”反应的离子方程式为CuFeS₂+4Fe³⁺═Cu²⁺+5Fe²⁺2S．
②已知“FeCl₃溶液浸出工艺”的两次电解（阳极均为惰性材料）都需要使用阴离子交换膜，其中“一次电解”的两极反应式分别为：阳极Fe²⁺-e^-═Fe³⁺；阴极Cu²⁺+2e^-═Cu．
③当一次电解与二次电解正好完成时，两次电解过程通过电路的电子数相等，则理论上所得金属A与金属B 的物质的量之比为1：1．

Answer 1

分析 （1）①根据信息确定化学反应的反应物和生成物，进而书写化学方程式；
②根据影响化学反应速率的外界因素可知，提高温度、增大反应物浓度、增大反应物接触面积等，都可以提高反应速率；
③利用盖斯定律来计算化学反应的焓变；SO₂是酸性氧化物，能与氨水、碳酸钠等物质反应，但不能与氯化钡反应，据此答题；
（2）黄铜矿（主要成分CuFeS₂，铁为+2 价），只考虑黄铜矿中CuFeS₂ 参与反应，用氯化铁溶液浸取，得到含有Cu ²⁺、Fe ²⁺的溶液和硫沉淀，电解含有Cu ²⁺、Fe ²⁺的溶液得金属A为铜，所得电解液为FeCl₂溶液，经二次电解可知金属B为铁和氯化铁溶液，FeCl₃ 溶液能全部获得再生以供循环使用，据此答题；

解答 解：（1）①根据信息：“焙烧”时，通入少量空气使黄铜矿部分脱硫生成焙砂（主要成分是Cu₂S和FeS）和SO₂，知道反应物是黄铜矿和氧气，产物是Cu₂S和FeS，反应的化学方程式为：2CuFeS₂+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu₂S（s）+2FeS+SO₂，
故答案为：2CuFeS₂+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu₂S（s）+2FeS+SO₂；
②根据影响化学反应速率的外界因素可知，为加快黄铜矿焙烧速率，可采取的措施有将黄铜矿粉碎、升高温度、增大空气流速，
故答案为：将黄铜矿粉碎、升高温度、增大空气流速；
③已知：A、2Cu₂S（s）+3O₂（g）═2Cu₂O（s）+2SO₂（g）△H=-768.2kJ•mol^-1，B、2Cu₂O（s）+Cu₂S （s）═6Cu（s）+SO₂（g）△H=+116.0kJ•mol^-1，则Cu₂S（s）+O₂（g）=2Cu（s）+SO₂（g）可以是$\frac{1}{3}$ （A+B），即△H=$\frac{1}{3}$×（116.0kJ•mol^-1-768.2kJ•mol^-1）=-217.4 kJ•mol^-1，处理SO₂的方法中a．将反应炉建高，采取高空排放，仍然会污染空气，故a错误；
  b．用纯碱溶液吸收，二氧化硫与碳酸钠反应制备亚硫酸钠，故b正确；
c．用氨水吸收后，生成亚硫酸铵，再经氧化制备硫酸铵，故c正确；
 d．二氧化硫不与用BaCl₂ 溶液反应，所以不能制备BaSO₃，故d错误，故选bc，
故答案为：Cu₂S（s）+O₂（g）=2Cu（s）+SO₂（g）△H=-217.4 kJ•mol^-1 ；bc；
（2）黄铜矿（主要成分CuFeS₂，铁为+2 价），只考虑黄铜矿中CuFeS₂ 参与反应，用氯化铁溶液浸取，得到含有Cu ²⁺、Fe ²⁺的溶液和硫沉淀，电解含有Cu ²⁺、Fe ²⁺的溶液得金属A为铜，所得电解液为FeCl₂溶液，经二次电解可知金属B为铁和氯化铁溶液，FeCl₃ 溶液能全部获得再生以供循环使用，
①根据上面的分析可知，在“FeCl₃溶液浸出工艺”中，“浸出”反应的离子方程式为CuFeS₂+4Fe³⁺═Cu²⁺+5Fe²⁺2S，
故答案为：CuFeS₂+4Fe³⁺═Cu²⁺+5Fe²⁺2S；
②“一次电解”时，阳极上亚铁离子失电子生成铁离子，电极反应式为Fe²⁺-e^-═Fe³⁺，阴极上铜离子得电子生成铜，电极反应式为Cu²⁺+2e^-═Cu，
故答案为：Fe²⁺-e^-═Fe³⁺；Cu²⁺+2e^-═Cu；
③一次电解时生成铜的电极反应式为Cu²⁺+e^-═Cu，二次电解生成铁的电极反应式为Fe²⁺+e^-═Fe，两次电解过程通过电路的电子数相等，铜与铁的物质的量之比为1：1，
故答案为：1：1．

点评 本题考查了黄铜矿的加工方法，试题涉及了化学式的书写、热化学方程式的书写、物质的分离与提纯、离子方程式的书写、电化学、化学反应速率等知识，注意知识的归纳和整理是解题关键，难度中等．