Question

以黄铜矿（主要成分是CuFeS₂，含少量杂质SiO₂）为原料炼铜的方法有不同的冶炼方法。火法炼铜：将辉铜矿（Cu₂S）在空气中高温焙烧即可得到铜和一种还原性的气体。近年来，湿法炼铜有了新进展，科学家发现有一种细菌在酸性水溶液、氧气存在下，可以将黄铜矿氧化成硫酸盐。某工厂运用该原理生产铜和绿矾（FeSO₄•7H₂O）的工艺如下：

回答下列问题：

（1）火法炼铜发生的化学方程式：_________________________；

（2）湿发炼铜工艺流程中，为了提高酸浸时的进取率，本流程可采取的措施是________，试剂X为__________，其作用是_____________。

（3）试剂a为______________，试剂b为______________；

（4）配平反应1的化学方程式：____CuFeS₂+___H₂SO₄+____O₂=____CuSO₄+____Fe₂（SO₄）₃+____H₂O

（5）已知：常温下Ksp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，Ksp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39。加入过量的试剂X调节pH=4时，可使溶液中的Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，则溶液中的c（Fe³⁺）=___________。若要此时不出现Cu（OH）₂沉淀，则溶液中的Cu²⁺浓度最大不超过_________________。

Answer

（1）Cu2S+O22Cu+SO2（2分） （2）搅拌（“升温”和“粉粹”均不能得分）（1分） CuO或CuCO3或Cu（OH）2（1分） 调节pH，使铁离子沉淀。（2分）（3）H2SO4（1分），Fe（1分）(4) 4；2；17；4；2；2（2分） (5)2.6×10-9 mol/L（2分）;2.2mol/L（2分）

【解析】

试题分析：（1）火法炼铜的原理是将辉铜矿（Cu2S）在空气中高温焙烧即可得到铜和一种还原性的气体，该气体是二氧化硫，因此反应的方程式为Cu2S+O22Cu+SO2；

（2）由于升高温度会破坏蛋白质，因此为了提高酸浸时的进取率，本流程可采取的措施是搅拌；由于不能引入新杂质，所以再调节溶液的pH值沉淀铁离子时应该选择氧化铜或氢氧化铁或碳酸铜等。

（3）由于加入氧化铜调节溶液的pH，生成了氢氧化铁沉淀，故固体A是 Fe（OH）3，要制备绿矾，则需要加入稀硫酸，得到硫酸铁，然后再加入铁粉得到硫酸亚铁即可，即a是硫酸，b是铁。

（4）根据方程式可知铁元素的化合价从＋2价升高到＋3价，失去1个电子，S元素的化合价从－2价升高到＋6价，失去8个电子，即1mol CuFeS2失去17mol电子，1mol氧气得到4mol电子，因此根据电子得失守恒可知反应的方程式为4CuFeS2+2H2SO4+17O2=4CuSO4+2Fe2（SO4）3+2H2O；

（2）pH＝4时溶液中氢氧根浓度是10－10mol/L，则根据氢氧化铁的溶度积常数可知溶液中c（Fe3+）＝＝2.6×10-9 mol/L；根据氢氧化铜的溶度积常数可知此时溶液中铜离子浓度＝＝2.2mol/L，因此若要此时不出现Cu（OH）2沉淀，则溶液中的Cu2+浓度最大不超过2.2mol/L。

【考点定位】本题考查了工业生成铜和绿矾的工业流程，涉及了实验操作、化学方程式书写、溶度积常数应用等

【名师点晴】无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力,所以这类题成为近年来高考的必考题型。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。该题的另一个难点是氧化还原反应方程式配平，答题时注意灵活应用电子得失守恒。