Question

某化学学习小组利用某工业废弃固体（主要成分为Cu₂S和FeS₂）制备硫酸铜溶液和硫酸亚铁晶体，设计方案如图所示：

已知：K_sp[Cu(OH)₂]=6.0×10^-20，K_sp[Fe(OH)₂]=1.6×10^-14，K_sp[Fe(OH)₃]=1.0×10^-38.

（1）写出FeS₂在空气中灼烧的化学方程式：______________________。

（2）试剂X为________，试剂Y为_____________。

（3）溶液C通过__________、__________、过滤等操作得到硫酸亚铁晶体。

（4）常温下，固体D、O₂和稀硫酸混合后几乎不反应，而加少量溶液C随即发生反应。已知FeSO₄对此反应起催化作用，则催化过程中反应的离子方程式为_____________________、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺。

（5）除杂时需加入双氧水，然后加入试剂Z以调节pH使得铁元素全部沉淀（含铁元素的离子浓度小于10^-5mol/L）。试剂Z可以是________，溶液的pH应≥____________。

Answer

（1）4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2；

（2）过量铁粉；过量稀硫酸；（3）蒸发浓缩；冷却结晶；

（4）4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；（5）CuO[Cu(OH)2、CuCO3等]，3。

【解析】

试题分析：（1）FeS2在空气中灼烧反应产生Fe2O3和SO2，反应的化学方程式是4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2；（2）工业废弃固体的主要成分为Cu2S和FeS2，在空气中灼烧，发生反应产生氧化铜和氧化铁及二氧化硫气体，向该固体混合物中加入硫酸，反应产生硫酸铁、硫酸铜和水，再向该溶液中加入Fe粉，发生氧化还原反应：Fe2(SO4)3+Fe=3FeSO4；CuSO4+Fe=FeSO4+Cu，所以X是Fe，然后过滤，得到的滤液是FeSO4，滤渣是Fe和Cu的混合物；向固体中加入稀硫酸，发生反应：Fe +H2SO4=FeSO4，而Cu不能发生反应，再过滤，将两次的滤液合并，将固体Cu中加入稀硫酸中，并通入氧气，发生反应：2Cu+O2+ 2H2SO4= 2CuSO4+2H2O，然后向其中加入CuO或Cu(OH)2、CuCO3等，将过量的硫酸反应完全，就得到了硫酸铜溶液。所以试剂X是Fe，试剂Y是过量稀硫酸；（3）溶液C是FeSO4溶液，通过蒸发浓缩；冷却结晶过滤等操作得到硫酸亚铁晶体；（4）常温下，固体D、O2和稀硫酸混合后几乎不反应，而加少量溶液C随即发生反应。已知FeSO4对此反应起催化作用，则催化过程中反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+ =4Fe3++2H2O、Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+。（5）除杂时需加入双氧水，然后加入试剂Z以调节pH使得铁元素全部沉淀（含铁元素的离子浓度小于10-5mol/L）。试剂Z可以是含有Cu元素的CuO或Cu(OH)2、CuCO3等，由于Ksp[Fe(OH)3]=1.0×10-38.所以c3(OH-) ≥ 1.0 × 10-38 ÷ 10-5 = 1.0 × 10-33,故c(OH-)≥1.0×10-11mol/L,溶液的pH应≥3。

考点：考查物质制备工艺流程的知识。