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
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) | Δ H 1 | K 1 |
1/2 FeS 2 (s) + H 2 (g) | Δ H 2 | K 2 |
FeS(s) + H 2 (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 。
【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 。
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