Question

以黄铜矿（主要成分二硫化亚铁铜CuFeS₂）为原料，用Fe₂(SO₄)₃溶液作浸取剂提取铜，总反应的离子方程式是CuFeS₂+4Fe³⁺Cu²⁺+5Fe²⁺+2S。

（1）该反应中，Fe³⁺体现________性。

（2）上述总反应的原理如图所示。

负极的电极反应式是________。

（3）一定温度下，控制浸取剂pH=1，取三份相同质量黄铜矿粉末分别进行如下实验：

实验	操作	2小时后Cu^2+浸出率/%
I	加入足量0.10mol·L^－^1Fe2(SO4)3溶液	78.2
II	加入足量0.10mol·L^－^1Fe2(SO4)3溶液，通入空气	90.8
III	加入足量0.10mol·L^－^1Fe2(SO4)3溶液，再加入少量0.0005mol·L^－^1Ag2SO4溶液	98.0

①对比实验I、II，通入空气，Cu²⁺浸出率提高的原因是________。

②由实验III推测，在浸取Cu²⁺过程中Ag⁺作催化剂，催化原理是：

ⅰ．CuFeS₂+4Ag⁺=Fe²⁺+Cu²⁺+2Ag₂S

ⅱ．Ag₂S+2Fe³⁺=2Ag⁺+2Fe²⁺+S

为证明该催化原理，进行如下实验：

a．取少量黄铜矿粉末，加入少量0.0005mol·L^－1Ag₂SO₄溶液，充分混合后静置。取上层清液，加入稀盐酸，观察到溶液中________，证明发生反应i。

b．取少量Ag₂S粉末，加入________溶液，充分混合后静置。取上层清液，加入稀盐酸，有白色沉淀，证明发生反应ii。

（4）用实验II的浸取液电解提取铜的原理如图所示：

①电解初期，阴极没有铜析出。用电极反应式解释原因是_______________。

②将阴极室的流出液送入阳极室，可使浸取剂再生，再生的原理是_____________________。

Answer

氧化 CuFeS2-4e－=Fe2++2S+Cu2+ 通入O2后，Fe2+被氧化为Fe3+，c(Fe2+)降低，c(Fe3+)升高，平衡正向移动 无明显现象 Fe2(SO4)3溶液 Fe3++e－==Fe2+ Fe2+在阳极失电子生成Fe3+，SO42－通过阴离子交换膜进入阳极室，Fe2(SO4)3溶液再生

【解析】

(1)根据离子反应方程式，Fe3＋→Fe2＋，化合价降低，因此Fe3＋表现氧化性；

(2)根据原电池的工作原理，失电子的一极为负极，因此CuFeS2作负极，其电极反应式为CuFeS2－4e－=Fe2＋＋2S＋Cu2＋；

(3)①根据氧气把Fe2＋氧化成Fe3＋，根据上述反应方程式，减少c(Fe2＋)，c(Fe3+)升高，促使平衡向正反应方向移动；

②a．根据反应方程式，Ag+完全反应转化为沉淀，溶液中没有Ag+，因此可通过检验Ag+，判断是否发生了i；取上层清液，加入稀盐酸，没有沉淀产生，说明溶液中不含Ag＋，即说明i发生；

b．根据ii反应，需要加入Fe2(SO4)3溶液；

(4)①实验II中，加入过量Fe2(SO4)3溶液，Fe3＋过量，因为Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，因此Fe3＋先放电，即Fe3＋＋e－=Fe2＋；

②阳极上发生Fe2＋-e－=Fe3＋，Fe2＋在阳极失电子生成Fe3＋，SO42－通过阴离子交换膜进入阳极室，Fe2(SO4)3溶液再生。