Question

10．研究發(fā)現銅具有獨特的殺菌功能，能較好地抑制病菌的生長．現有工業(yè)上由輝銅礦石（主要成分Cu₂S）的冶煉銅兩種方案：
Ⅰ火法煉銅  在1200℃發(fā)生的主要反應為：
①2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂        ②2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂↑
此方案的尾氣可以用表中方法處理

方法1	用生物質熱解氣（主要成分CO、CH4、H2）將SO2在高溫下還原成單質硫，其部分熱化學方程式為： 2CO（g）+SO2（g）=S（g）+2CO2（g）△H=+8.0kJ•mol-1 2H2（g）+SO2（g）=S（g）+2H2O（g）△H=+90.4kJ•mol-1
方法2	用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后電解該溶液可制得硫酸

Ⅱ“細菌冶金”是利用某些細菌的特殊代謝功能開采金屬礦石，例如溶液中亞鐵硫桿菌能利用空氣中的氧氣將黃鐵礦（主要成分FeS₂）氧化為Fe₂（SO₄）₃，并使溶液酸性增強；利用Fe₂（SO₄）₃作氧化劑溶解輝銅礦石，溶液酸性又進一步增強，過濾未溶解完的輝銅礦石，在濾液中加入足量的鐵屑，待反應完全后過濾出銅和剩余的鐵屑，得溶液Xml（設整個過程中其它雜質不參與反應，不考慮溶液離子水解）．其流程如圖：

（1）Ⅱ相對于Ⅰ的優(yōu)點是能大大降低能源消耗，利于減少污染或對貧礦、尾礦的開采更有價值．（說一點即可）
（2）Ⅰ中反應2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂↑氧化劑是Cu₂O、Cu₂S
（3）已知CO的燃燒熱283.0kJ•mol-1，寫出S（g）與O₂（g）反應生成SO₂（g）的熱化學方程式S（g）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-574.0kJ•mol^-1
（4）若用Ⅰ中方法2吸收尾氣，則開始時陽極的電極反應式為HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．
（5）寫出Ⅱ中黃鐵礦氧化過程的化學反應方程式4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄
（6）假設Ⅱ中每一步都完全反應，消耗掉標況下空氣5×22.4VL（氧氣體積分數為20%），則所得c（Fe²⁺）=$\frac{\frac{42}{75}mol}{v×1{0}^{-3}L}$（可以寫表達式）

Answer 1

分析 （1）依據流程轉化可知，Ⅰ火法煉銅 是硫化亞銅和氧氣、氧化亞銅和硫化亞銅發(fā)生氧化還原反應產生有毒的二氧化硫，而Ⅱ“細菌冶金”中不產生有毒氣體，故其污染性小、環(huán)保，同時Ⅱ“細菌冶金”充分利用了資源；
（2）在氧化還原反應中，得電子化合價降低的反應物是氧化劑，失電子化合價升高的反應物是還原劑；
（3）燃燒熱是指完全燃燒1mol物質生成最穩(wěn)定產物的過程放出的熱量，依據蓋斯定律和熱化學方程式計算得到S（g）與O₂（g）反應生成SO₂（g）的熱化學方程式；
（4）電解陽極失去電子，發(fā)生氧化反應，化合價升高，若用Ⅰ中方法2吸收尾氣，則開始時根據化合價變化判斷陽極反應物質，寫出陽極反應式；
（5）反應物為FeS₂、氧氣、水，生成物為Fe₂（S0₄）₃和硫酸，根據反應物和生成物書寫化學反應方程式；
（6）根據FeS₂中的鐵元素由+2價被氧氣氧化為+3價，硫元素由-1價被氧化為+6價，即1molFeS₂失去15mol電子，而1molO₂被還原時得4mol電子，根據得失電子數守恒和化學方程式計算；

解答 解：（1）依據流程轉化可知，Ⅰ火法煉銅是硫化亞銅和氧氣、氧化亞銅和硫化亞銅發(fā)生氧化還原反應產生有毒的二氧化硫，而Ⅱ“細菌冶金”中無需高溫能大大降低能源消耗，不產生有毒氣體，故其污染性小、環(huán)保，利于減少污染，同時Ⅱ“細菌冶金”充分利用了資源，對貧礦、尾礦的開采更有價值；
故答案為：能大大降低能源消耗，利于減少污染或對貧礦、尾礦的開采更有價值；
（2）Ⅰ中反應2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂↑，Cu₂S在反應中Cu元素化合價降低（+1→0），S元素化合價升高（-2→+4），則Cu₂S在反應中既是氧化劑，又是還原劑，Cu₂O在反應中Cu元素化合價降低（+1→0），O元素化合價不變，Cu₂O為氧化劑，所以氧化劑是Cu₂O、Cu₂S，
故答案為：Cu₂O、Cu₂S；
（3）CO的燃燒熱283.0kJ•mol^-1，方程式為CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1①，2CO（g）+SO₂（g）=S（g）+2CO₂（g）△H=+8.0kJ•mol^-1②，
將①×2-②得：S（g）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-574.0kJ•mol^-1，
故答案為：S（g）+O₂（g）═SO₂（g）△H=-574.0kJ•mol^-1；
（4）電解池中陽極和電源正極相連，失去電子，發(fā)生氧化反應，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價升高，所以陽極是HSO₃^-溶液失去電子被氧化生成SO₄^2-，則陽極電極反應式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（5）反應物為FeS、氧氣、水，生成物為Fe₂（S0₄）₃和硫酸，發(fā)生反應的化學方程式為4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄，
故答案為：4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄；
（6）黃鐵礦氧化4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄，過濾后，Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O$\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+S0₄^2-，加鐵粉Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，消耗掉標況下空氣5×22.4VL（氧氣體積分數為20%），氧氣的物質的量為：$\frac{5×22.4VL×20%}{22.4L/mol}$=vmol，FeS₂中的鐵元素由+2價被氧氣氧化為+3價，硫元素由-1價被氧化為+6價，即1molFeS₂失去15mol電子，而1molO₂被還原時得4mol電子，根據得失電子數守恒可知，氧化的n（FeS₂）=$\frac{vmol×4}{15}$=$\frac{4}{15}$vmol，依據4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄，Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O$\frac{\underline{\;細菌\;}}{\;}$2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+S0₄^2-，根據鐵原子守恒生成的亞鐵離子n（Fe²⁺）=$\frac{4}{15}$vmol，生成n（Cu²⁺）=$\frac{4}{15}$vmol×$\frac{2}{10}$=$\frac{4}{75}$vmol，生成的氫離子由第一反應生成的硫酸和第二反應生成的氫離子和，所以n（H⁺）=$\frac{4}{15}$vmol+$\frac{16}{75}$vmol=$\frac{36}{75}$vmol，加鐵粉Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，Fe+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，生成的亞鐵離子為第一第二反應生成的亞鐵離子$\frac{4}{15}$vmol和鐵和銅離子反應的生成的亞鐵離子$\frac{4}{75}$vmol以及酸和鐵反應生成的亞鐵離子$\frac{18}{75}$vmol，所以生成的總亞鐵離子n（Fe²⁺）=$\frac{4}{15}$vmol+$\frac{4}{75}$vmol+$\frac{18}{75}$vmol=$\frac{42}{75}$vmol，得溶液Xml，所以c（Fe²⁺）=$\frac{n}{v}$=$\frac{\frac{42}{75}mol}{v×1{0}^{-3}L}$，
故答案為：$\frac{\frac{42}{75}mol}{v×1{0}^{-3}L}$；

點評 本題考查了冶煉銅兩種方案設計與評價，掌握銅及其化合物性質理清各流程反應是解答的關鍵，（6）計算是該題解答難點，題目難度較大．