Question

（15分）某研究小組用黃銅礦（主要成分是CuFeS₂，其中S為-2價）為主要原料煉銅，其總反應為：2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂＝2Cu+2FeSiO₃+4SO₂。事實上該反應是按如下流程分步進行的：



（1）氧化Ⅰ的反應主要是煅燒生成的硫化亞鐵被進一步氧化為氧化亞鐵，并與二氧化硅反應生成礦渣。礦渣的主要成分是     （填化學式）。
（2）據報道，有一種細菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，反應是在酸性溶液中發生的。該反應的化學方程式為     。
（3）我國學者研究發現，以精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中與O₂（空氣）反應，生成物冷卻后經溶解、除鐵、結晶，得到CuSO₄·5H₂O，生產成本能夠降低許多。有關實驗結果如下表：

沸騰爐溫度/℃	560	580	600	620	640	660
水溶性Cu/%	90.12	91.24	93.50	92.38	89.96	84.23
酸溶性Cu/%	92.00	93.60	97.08	97.82	98.16	98.19

①CuFeS₂與O₂反應的化學方程式為     。
②實際生產過程中沸騰爐溫度為600～620 ℃。則控制溫度的方法是     。
③當溫度高于600～620 ℃時，生成物中水溶性銅下降的原因是     。
④生成物冷卻后的除鐵的實驗操作方法主要是     。已知在溶液中，Cu²⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.7、6.7，Fe³⁺開始沉淀和沉淀完全的pH分別為1.1、3.2；如果制得的硫酸銅溶液中含有少量的Fe³⁺，請寫出除去溶液中Fe³⁺的實驗操作步驟：     。

Answer 1

共15分
（1）FeSiO₃（2分）
（2）4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂4CuSO₄+2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O（2分）
（3）①4CuFeS₂+15O₂＝4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂（2分）
②控制加入CuFeS₂的速度（因CuFeS₂與O₂反應放熱）（2分）
③CuSO₄受熱分解（2分）
④過濾（2分）    加入CuO[或Cu(OH)₂或CuCO₃]粉末，充分攪拌，調節溶液的pH約為3.2，加熱煮沸，過濾，用（適量）稀硫酸酸化（3分）

試題分析：（1）根據2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂＝2Cu+2FeSiO₃+4SO₂，可得礦渣為FeSiO₃；
（2）由題意可知，CuFeS₂在酸性溶液中與氧氣在一種細菌的作用下生成的硫酸鹽是硫酸銅和硫酸鐵，化學方程式為4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂4CuSO₄+2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O；
（3）①精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中與O₂（空氣）反應，最終得CuSO₄·5H₂O，說明鐵元素的存在形式是氧化鐵，加水溶解可過濾除去，所以CuFeS₂與O₂反應的化學方程式為4CuFeS₂+15O₂＝4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂
②因為CuFeS₂與O₂反應放熱，所以在生產過程中控制加入CuFeS₂的速度，控制溫度；
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，則在600℃以上時水溶性銅化合物含量減少；
④生成物中除硫酸銅外還有氧化鐵，氧化鐵不溶于水，所以冷卻后的除鐵的實驗操作方法主要是過濾；除去鐵離子而不除去銅離子，調節溶液的pH值在3.2到4.7之間，使鐵離子完全沉淀，而銅離子不沉淀，所以具體操作是加入CuO[或Cu(OH)₂或CuCO₃]粉末，充分攪拌，調節溶液的pH約為3.2，加熱煮沸，過濾，用（適量）稀硫酸酸化。