Question

黃銅礦CuFeS₂可用于冶煉銅，冶煉過程中需要空氣和硅石，硅石主要用于形成爐渣，其反應的總方程式為：
2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂=2Cu+2FeSiO₃+4SO₂．
請回答下列問題：
（1）若CuFeS₂中Cu的化合價為+2，則反應中被還原的元素是

Cu、O

（填元素符號）．
（2）黃銅礦冶煉銅產生的爐渣中主要含Fe₂O₃、FeSiO₃、SiO₂、Al₂O₃等，請完成以下驗證爐渣中含有+2價的鐵的探究過程中的有關問題：
僅限選擇的試劑有：
稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、NaOH溶液、KMnO₄溶液、KSCN溶液．
①應選用試劑為

稀硫酸、KMnO₄溶液

．
②有關的實驗現象為

稀硫酸浸取爐渣所得溶液能使KMnO₄溶液褪色

．
（3）最近我國發現，以黃銅礦為原料在沸騰爐中和空氣反應，生成物冷卻后經溶解、除鐵、結晶得到CuSO₄?5H₂O，生產成本降低了許多．實驗結果如下表：

沸騰爐溫度/℃	560	580	600	620	640	660
生成物中含水溶性銅化合物的百分含量/%	90.12	91.24	93.50	92.38	89.96	84.23
生成物中含酸溶性銅化合物的百分含量/%	92.00	93.60	97.08	97.82	98.16	98.19

則①實際生產過程中的沸騰爐溫度為 600～620℃，控制溫度的方法是

控制加入CuFeS₂的速度（原因：CuFeS₂與O₂反應放熱）

．
②溫度高于600℃生成物中水溶性銅化合物百分含量下降的原因是

生成的CuSO₄發生了分解生成酸溶性銅化合物

．
（4）另據報道，有一種叫Thibacillus ferroxidans的細菌，在酸性溶液中利用氧氣可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，試寫出該反應的化學方程式：

4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O

．

Answer 1

分析：（1）若CuFeS₂中Cu的化合價為+2，則Fe為+2價，S為-2價，反應中Cu和O元素化合價降低，S元素化合價升高；
（2）驗證爐渣中含有+2價的鐵，應先加入稀硫酸溶解，生成亞鐵離子，具有還原性，可與高錳酸鉀發生氧化還原反應；
（3）水溶性銅化合物為CuSO₄?5H₂O，酸溶性銅化合物為CuO，溫度較高時，CuSO₄?5H₂O可分解生成CuO，CuFeS₂與O₂反應放熱，可通過控制加入CuFeS₂的速度調節溫度；
（4）根據反應物和生成物結合質量守恒定律書寫反應的化學方程式．

解答：解：（1）若CuFeS₂中Cu的化合價為+2，則Fe為+2價，S為-2價，反應中Cu和O元素化合價降低，被還原，故答案為：Cu、O；
（2）①驗證爐渣中含有+2價的鐵，應先加入稀硫酸溶解，生成亞鐵離子，具有還原性，可與高錳酸鉀發生氧化還原反應，酸化時不能加入鹽酸，否則與高錳酸鉀發生氧化還原反應，也不能直接加入硝酸，否則生成鐵離子，不能檢驗，
故答案為：稀硫酸、KMnO₄溶液；
②稀硫酸浸取爐渣所得溶液含有亞鐵離子，與高錳酸鉀發生氧化還原反應而使高錳酸鉀褪色，
故答案為：稀硫酸浸取爐渣所得溶液能使KMnO₄溶液褪色；
（3）①CuFeS₂與O₂反應放熱，可通過控制加入CuFeS₂的速度調節溫度，
故答案為：控制加入CuFeS₂的速度（原因：CuFeS₂與O₂反應放熱）；
②水溶性銅化合物為CuSO₄?5H₂O，酸溶性銅化合物為CuO，溫度較高時，CuSO₄?5H₂O可分解生成CuO，則在600℃以上時水溶性銅化合物含量減少，
故答案為：生成的CuSO₄發生了分解生成酸溶性銅化合物；
（4）在酸性溶液中利用氧氣可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，則應有硫酸參加反應，且生成硫酸銅，硫酸鐵和水，
反應的方程式為4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．

點評：本題考查考查較為綜合，涉及物質的制備、檢驗和性質實驗設計等問題，側重于考查學生綜合運用化學知識的能力，為高考常見題型，難度中等．