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)Stumm和Morgan提出黄铁矿在空气中氧化的四步反应如图-1所示：①a反应中

Question

  黄铁矿 ( 主要成分 FeS ₂ ) 、黄铜矿 ( 主要成分 CuFeS ₂ ) 均是自然界中的常见矿物资源。

(1)Stumm 和 Morgan 提出黄铁矿在空气中氧化的四步反应如图 -1 所示：

① a 反应中每生成 1molFeSO ₄ 转移电子的物质的量为           mol 。

② d 反应的离子方程式为                       。

(2) 用细菌冶铜时，当黄铜矿中伴有黄铁矿可明显提高浸取速率，其原理如图 -2 。

①冶炼过程中，正极周围溶液的 pH        ( 填 “ 增大 ” 、 “ 减小 ” 或 “ 不变 ”) 。

②负极产生单质硫的电极反应式为                            。

(3) 煤炭中的硫主要以黄铁矿形式存在，用氢气脱除黄铁矿中硫的相关反应 ( 见表 ) ，其相关反应的平衡常数的对数值与温度的关系如图 -3 。

相关反应	反应热	平衡常数 K
FeS 2 (s) + H 2 (g) FeS(s) + H 2 S(g)	Δ H 1	K 1
1/2 FeS 2 (s) + H 2 (g) 1/2Fe(s)+H 2 S(g)	Δ H 2	K 2
FeS(s) + H 2 (g) Fe(s)+H 2 S(g)	Δ H 3	K 3

①上述反应中， Δ H ₁        0( 填 “ ＞ ” 或 “ ＜ ”) 。

②提高硫的脱除率可采取的措施有        ( 举 1 例 ) 。

③ 1000K 时，平衡常数的对数 lg K ₁ 、 lg K ₂ 和 lg K ₃ 之间的关系为              。

Answer 1

【答案】 (1) ① 14 ；② FeS ₂ +14Fe ³⁺ +8H ₂ O 15Fe ²⁺ +2 +16H ⁺

(2) ①增大；② CuFeS ₂ － 4e ^－ Cu ²⁺ +Fe ²⁺ +2S

(3) ①＞；②升高温度 ( 或提高氢气的浓度或及时除去生成的 H ₂ S) ；③ 2lg K ₂ ＝ lg K ₁ +lg K ₃

【解析】本题考查了氧化还原反应、电化学和化学平衡的相关知识。 (1) ① a 反应中铁化合价没有变化， S 元素从 -1 价升高到 +6 价， 1mol FeS ₂ 生成 1molFeSO ₄ 转移电子的物质的量为 2×7=14 ；② Fe ³⁺ 与 发生氧化还原反应，方程式： FeS ₂ +14Fe ³⁺ +8H ₂ O 15Fe ²⁺ +2 +16H ⁺ ； (2) ①根据电子移动方向可知， CuFeS ₂ 是负极， FeS ₂ 是正极，冶炼过程中， H ⁺ 在正极跟 O ₂ 反应生成了水，使得 H ⁺ 降低，导致正极周围溶液的 pH 增大；②负极 CuFeS ₂ 发生氧化反应生成 Cu ²⁺ 、 Fe ²⁺ 和 S ； (3) ①根据图象，随着温度升高， lg K ₁ 逐渐增大，即 K ₁ 逐渐增大，平衡向右移动，因此正反应为吸热反应；②反应 1 与反应 3 相加得到反应 2×2 ，即 FeS ₂ (s) + 2H ₂ (g) Fe(s)+2H ₂ S(g) ，提高 H ₂ 的浓度，可以提高硫的脱除率，根据①的方向可知，升高温度可以提高硫的脱除率；根据平衡移动的因素，及时除去 H ₂ S ，也可以提高硫的脱除率；③根据②的分析， K ₂ ² = K ₁ × K ₃ ，因此 2lg K ₂ =lg K ₁ +lg K ₃ 。