Question

3．含硫化合物的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题．

（1）工业上常将H₂S和空气的混合气体通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反应来回收S，其物质转化如图1所示．
①上述转化中，化合价不变的元素是Cu、H、Cl．
②上述反应中当有1mol H₂S转化为硫单质时，若保持溶液中Fe³⁺的物质的量不变，则需消耗O₂的物质的量为0.5mol．
③在不改变温度和不补加溶液的条件下，缓慢通入混合气体，并充分搅拌．欲使生成的硫单质中不含CuS，可采取的措施有提高混合气体中空气的比例．
（2）H₂S在高温下分解生成硫蒸气和H₂．若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图2所示，H₂S在高温下分解反应的化学方程式为2H₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+S₂．
（3）黄铁矿（主要成分FeS₂）、黄铜矿（主要成分CuFeS₂）均是自然界中的常见矿物资源．
①有研究者提出黄铁矿在空气中氧化的四步反应如图3甲所示．其中d步发生反应的离子方程式是FeS₂+14Fe³⁺+8 H₂O=15 Fe²⁺+2 SO₄^2-+16 H⁺．
②用细菌冶铜时，当黄铜矿中伴有黄铁矿，由于原电池效应可明显提高黄铜矿浸取速率，其原理如图3乙所示．
a．冶炼过程中，正极周围溶液的pH增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
b．黄铜矿作负极，其产生单质硫的电极反应式为CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S．

Answer 1

分析 （1）①根据图中各元素化合价变化分析；
②该反应中S元素化合价由-2价变为0价、O元素化合价由0价变为-2价，根据氧化还原反应中得失电子相等；
③欲使生成的硫单质中不含CuS，则硫离子不能剩余，硫离子完全被氧化为S单质；
（2）根据题意知，该反应是可逆反应，反应物是硫化氢，根据图象知，生成物中含有S元素的物质是氢气的一半，则生成物是S₂和H₂，再结合反应条件书写方程式；
（3）①d反应原理是硫化亚铁与铁离子反应，铁离子被还原生成亚铁离子，硫离子被氧化为硫酸根离子；
②a、用细菌冶铜时，正极为氧气放电，氧气得到电子，结合溶液中的H离子生成水；
b、负极黄铁矿中的硫失去电子，发生氧化反应生成硫单质．

解答 解：（1）①根据图中各元素化合价知，Cu元素化合价都是+2价、H元素化合价都是+1价、Cl元素化合价都是-1价，所以化合价不变的是Cu、H、Cl元素，故答案为：Cu、H、Cl；
②H₂S不稳定，易被氧气氧化生成S单质，反应方程式为2H₂S+O₂=2S+2H₂O，该反应中S元素化合价由-2价变为0价、O元素化合价由0价变为-2价，根据氧化还原反应中得失电子相等得，消耗O₂的物质的量=$\frac{1mol}{2}$=0.5mol，故答案为：0.5mol；
③欲使生成的硫单质中不含CuS，则硫离子不能剩余，即硫离子完全被氧化为S单质，所以氧气必须过量，采取的措施为提高混合气体中空气的比例，故答案为：提高混合气体中空气的比例；
（2）根据题意知，该反应是可逆反应，反应物是硫化氢，根据图象知，生成物中含有S元素的物质是氢气的一半，则生成物是S₂和H₂，所以该反应方程式为2H₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+S₂，故答案为：2H₂S$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+S₂；
（3）①d反应原理是硫化亚铁与铁离子反应，铁离子被还原生成亚铁离子，硫离子被氧化为硫酸根，离子反应方程式为：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，故答案为：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
②a、正极为氧气放电，氧气得到电子，结合溶液中的H⁺离子生成水，故溶液中氢离子浓度减小，pH值增大，故答案为：增大；
b、负极黄铁矿中的硫失去电子，发生氧化反应生成硫单质，电极反应方程式为：CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S，故答案为：CuFeS₂-4e^-=Cu²⁺+Fe²⁺+2S．

点评 本题以S为载体考查氧化还原反应、电解原理等知识点，会正确分析图象中各个物理量的含义是解本题关键，再结合电解原理、氧化还原反应中各个物理量之间的关系、化学平衡有关知识来分析解答即可，题目难度中等．