Question

9．據(jù)報(bào)道，有一種細(xì)菌在氧氣存在下的酸性溶液中，能將黃銅礦（CuFeS₂）氧化成硫酸鹽．發(fā)生的反應(yīng)為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂═4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
（1）CuFeS₂中Fe的化合價(jià)為+2，上述反應(yīng)中被氧化的元素是Fe和CuFeS₂中的S，檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液中含有Fe³⁺的試劑是KSCN溶液．
（2）工業(yè)生產(chǎn)中利用上述反應(yīng)后的溶液，按如圖1的流程可制備膽礬（CuSO₄•5H₂O）：

①步驟二的操作名稱是過(guò)濾．
步驟三的操作包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌．
②請(qǐng)解釋步驟一加入CuO能除去CuSO₄溶液中Fe³⁺的原因：加入CuO與H⁺反應(yīng)，使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀而除去．
（3）有人提出可以利用如圖2的裝置從溶液B中提煉金屬銅．該過(guò)程中右側(cè)電極的反應(yīng)式是4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．若溶液B為200mL，電解一段時(shí)間后，測(cè)得某電極增重0.64g．停止通電，此時(shí)溶液pH=1（溶液體積不變）．
（4）Fe（OH）₃在堿性條件下可被氯酸鉀氧化為K₂FeO₄，K₂FeO₄有很強(qiáng)的氧化性，由Cu、K₂FeO₄和KOH溶液可形成堿性電池，Cu和K₂FeO₄分別是電池的負(fù)極和正極材料．
①該電池正極的電極反應(yīng)是FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
②該電池總反應(yīng)的離子方程式是2FeO₄^2-+3Cu+8H₂O═2 Fe（OH）₃+3Cu（OH）₂+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）在氧化還原反應(yīng)中，化合價(jià)升高的元素在反應(yīng)中被氧化；鐵離子遇到KSCN溶液會(huì)變紅色；
（2）①根據(jù)分離液體和固體的操作解答；溶解度受溫度影響較大的物質(zhì)從溶液中結(jié)晶析出的方法是冷卻熱飽和溶液；
②運(yùn)用沉淀溶解平衡移動(dòng)的原理進(jìn)行解答；
（3）溶液B為硫酸銅，從溶液B中提煉金屬銅，實(shí)質(zhì)是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑；根據(jù)電解后所得到的硫酸的量確定氫離子的量，并計(jì)算濃度得到溶液pH；
（4）①由Cu、K₂FeO₄和KOH溶液可形成堿性電池，K₂FeO₄在正極上得電子生成Fe（OH）₃；
②堿性條件下，Cu與K₂FeO₄反應(yīng)生成Fe（OH）₃和Cu（OH）₂．

解答 解：（1）在4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O反應(yīng)中，CuFeS₂中Fe從+2價(jià)變?yōu)楫a(chǎn)物中的+3價(jià)，硫從-2價(jià)變?yōu)楫a(chǎn)物中的+6價(jià)，F(xiàn)e和CuFeS₂中的S化合價(jià)升高，在反應(yīng)中被氧化；鐵離子遇到KSCN溶液會(huì)變紅色，所以檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液中含有Fe³⁺的試劑是KSCN溶液；
故答案為：Fe和CuFeS₂中的S；KSCN溶液；
（2）①步驟二的操作是分離固體和液體混合物，采用過(guò)濾操作；CuSO₄溶解度受溫度影響較大，將硫酸銅溶液蒸發(fā)濃縮后，將熱的硫酸銅溶液靜置并慢慢降溫，得到硫酸銅晶體，
故答案為：過(guò)濾；冷卻結(jié)晶；
②加入CuO，CuO與H⁺反應(yīng)使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導(dǎo)致Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案為：加入CuO與H⁺反應(yīng)，使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀而除去；
（3）CuSO₄溶液中銅離子的放電能力大于氫離子的放電能力，所以銅離子先放電；氫氧根離子的放電能力大于硫酸根離子的放電能力，氫氧根離子先放電，陽(yáng)極上失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該過(guò)程中右邊電極氫氧根離子在陽(yáng)極上失電子生成氧氣4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；陰極的電極反應(yīng)方程式是Cu²⁺+2e^-═Cu，當(dāng)生成金屬銅為0.64g時(shí)，即生成金屬銅的物質(zhì)的量是0.01mol，此時(shí)生成硫酸的物質(zhì)的量是0.01mol，氫離子濃度是$\frac{0.01mol×2}{0.2L}$=0.1mol/L，所以溶液pH=1；
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1；
（4）①由Cu、K₂FeO₄和KOH溶液可形成堿性電池，K₂FeO₄在正極上得電子生成Fe（OH）₃，則正極的電極方程式為：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
故答案為：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
②堿性條件下，Cu與K₂FeO₄反應(yīng)生成Fe（OH）₃和Cu（OH）₂，該電池總反應(yīng)的離子方程式是2FeO₄^2-+3Cu+8H₂O═2 Fe（OH）₃+3Cu（OH）₂+4OH^-；
故答案為：2FeO₄^2-+3Cu+8H₂O═2 Fe（OH）₃+3Cu（OH）₂+4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原反應(yīng)、電解原理和原電池原理的應(yīng)用、方程式的書寫等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用的考查，題目難度中等，注意把握電解池中離子的放電順序和電極方程式的書寫方法．