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据报道,有一种叫ThibacillusFerroxidans的细菌在氧气存在下的酸性溶液中,能将黄铜矿(CuFeS2)氧化成硫酸盐.发生的反应为:4CuFeS2+2H2SO4+17O2=4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O(1)CuFeS2中Fe的化合价为+2,
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据报道,有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在氧气存在下的酸性溶液中,能将黄铜矿(CuFeS2)氧化成硫酸盐.发生的反应为:
4CuFeS2+2H2SO4+17O2=4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O
(1)CuFeS2中Fe的化合价为+2,上述反应中被氧化的元素是______.
(2)工业生产中利用上述反应后的溶液,按如下流程图1可制备胆矾(CuSO4•5H2O):
①分析下列表格(其中KSP是相应金属氢氧化物的沉淀溶解平衡常数):
步骤一应调节溶液的pH范围是______.请运用沉淀溶解平衡的有关理论解释加入CuO能除去CuSO4溶液中Fe3+的原因______.
②步骤三中的具体操作方法是______.
(3)有人提出可以利用图2的装置从溶液B中提炼金属铜.该过程中右边电极的反应式是______,总反应的方程式是
(4)工业上冶炼铜的方法之一为:Cu2S(s)+2Cu2O(s)=6Cu(s)+SO2(g)△H
已知:①2Cu(s)+
O2(g)=Cu2O(s)△H=-12kJ•mol-1
②2Cu(s)+S(s)=Cu2S(s)△H=-79.5kJ•mol-1
③S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=-296.8kJ•mol-1
则该法冶炼铜的反应中△H=______.
4CuFeS2+2H2SO4+17O2=4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O
(1)CuFeS2中Fe的化合价为+2,上述反应中被氧化的元素是______.
(2)工业生产中利用上述反应后的溶液,按如下流程图1可制备胆矾(CuSO4•5H2O):
①分析下列表格(其中KSP是相应金属氢氧化物的沉淀溶解平衡常数):
Ksp | 氢氧化物开始沉淀时的pH | 氢氧化物沉淀完全时的pH | |
Fe3+ | 2.6×10-39 | 1.9 | 3.2 |
Cu2+ | 2.2×10-20 | 4.7 | 6.7 |
②步骤三中的具体操作方法是______.
(3)有人提出可以利用图2的装置从溶液B中提炼金属铜.该过程中右边电极的反应式是______,总反应的方程式是
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑
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2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑
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(4)工业上冶炼铜的方法之一为:Cu2S(s)+2Cu2O(s)=6Cu(s)+SO2(g)△H
已知:①2Cu(s)+
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②2Cu(s)+S(s)=Cu2S(s)△H=-79.5kJ•mol-1
③S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=-296.8kJ•mol-1
则该法冶炼铜的反应中△H=______.
▼优质解答
答案和解析
(1)在4CuFeS2+2H2SO4+17O2=4CuSO4+2Fe2(SO4)3+2H2O反应中,CuFeS2中Fe从+2价变为产物中的+3价,硫从-2价变为产物中的+6价,Fe和CuFeS2中的S化合价升高,在反应中被氧化,
故答案为:Fe和CuFeS2中的S;
(2)①该实验的目的是制备胆矾(CuSO4•5H2O),需除去杂质三价铁离子,所以调节溶液的pH使三价铁离子变成氢氧化铁沉淀且沉淀完全,而铜离子不能沉淀,所以步骤一应调节溶液的pH范围是3.2≤pH<4.7,加入CuO,CuO与H+反应使c(H+)减小,c(OH-)增大,使溶液中c(Fe3+)•c3(OH-)>Ksp[Fe(OH)3],导致Fe3+生成沉淀而除去,
故答案为:3.2≤pH<4.7;加入CuO与H+反应使c(H+)减小,c(OH-)增大,使溶液中c(Fe3+)•c3(OH-)>Ksp[Fe(OH)3],导致Fe3+生成沉淀而除去;
②CuSO4溶解度受温度影响较大,将硫酸铜溶液蒸发浓缩后,将热的硫酸铜溶液静置并慢慢降温,得到硫酸铜晶体,
故答案为:蒸发浓缩,冷却结晶;
(3)CuSO4溶液中铜离子的放电能力大于氢离子的放电能力,所以铜离子先放电;氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力,氢氧根离子先放电,阳极上失电子,发生氧化反应,所以该过程中右边电极氢氧根离子在阳极上失电子生成氧气4OH--4e-=O2↑+2H2O;阴极上得电子,反应还原反应,所以铜离子的阴极上得电子生成铜Cu2++2e-=Cu,总的反应为:2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,
故答案为:4OH--4e-=O2↑+2H2O;2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑;
(4)①2Cu(s)+
O2(g)=Cu2O(s)△H=-12kJ•mol-1②2Cu(s)+S(s)=Cu2S(s)△H=-79.5kJ•mol-1③S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=-296.8kJ•mol-1根据盖斯定律③-①×2-②可得Cu2S(s)+2Cu2O(s)=6Cu(s)+SO2(g);△H4=-193.33kJ/mol,
故答案为:-193.3kJ•mol-1;
故答案为:Fe和CuFeS2中的S;
(2)①该实验的目的是制备胆矾(CuSO4•5H2O),需除去杂质三价铁离子,所以调节溶液的pH使三价铁离子变成氢氧化铁沉淀且沉淀完全,而铜离子不能沉淀,所以步骤一应调节溶液的pH范围是3.2≤pH<4.7,加入CuO,CuO与H+反应使c(H+)减小,c(OH-)增大,使溶液中c(Fe3+)•c3(OH-)>Ksp[Fe(OH)3],导致Fe3+生成沉淀而除去,
故答案为:3.2≤pH<4.7;加入CuO与H+反应使c(H+)减小,c(OH-)增大,使溶液中c(Fe3+)•c3(OH-)>Ksp[Fe(OH)3],导致Fe3+生成沉淀而除去;
②CuSO4溶解度受温度影响较大,将硫酸铜溶液蒸发浓缩后,将热的硫酸铜溶液静置并慢慢降温,得到硫酸铜晶体,
故答案为:蒸发浓缩,冷却结晶;
(3)CuSO4溶液中铜离子的放电能力大于氢离子的放电能力,所以铜离子先放电;氢氧根离子的放电能力大于硫酸根离子的放电能力,氢氧根离子先放电,阳极上失电子,发生氧化反应,所以该过程中右边电极氢氧根离子在阳极上失电子生成氧气4OH--4e-=O2↑+2H2O;阴极上得电子,反应还原反应,所以铜离子的阴极上得电子生成铜Cu2++2e-=Cu,总的反应为:2CuSO4+2H2O
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故答案为:4OH--4e-=O2↑+2H2O;2CuSO4+2H2O
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(4)①2Cu(s)+
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故答案为:-193.3kJ•mol-1;
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