Question

【題目】我國黃銅礦的儲(chǔ)量比較豐富，主要產(chǎn)地集中在長(zhǎng)江中下游地區(qū)、川滇地區(qū)、山西南部、甘肅的河西走廊以及西藏高原等地。黃銅礦是一種銅鐵硫化物礦物，外觀黃銅色，主要成分是CuFeS2，還含有少量的SiO2和Ni、Pb、Ag、Au等元素。為實(shí)現(xiàn)黃銅礦的綜合利用，設(shè)計(jì)了如下的工藝流程。

已知：①a、b、c均為整數(shù)；②CuCl+2Cl-CuCl32-。

（1）CuFeS2中S的化合價(jià)為___。鐵紅的主要成分是___(填化學(xué)式)。

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得“反應(yīng)I”中有SO42-生成，該反應(yīng)離子方程式為___，選H2O2溶液優(yōu)于HNO3的原因是___。

（3）“反應(yīng)II”中NaCl濃度過大，堿式氯化銅產(chǎn)率較低，其原因是____。

（4）寫出“焙燒I”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式___。

（5）廢電解液中含有少量的Pb2+，從廢電解液中除去Pb2+的方法是往其中通人H2S至飽和，使Pb2+轉(zhuǎn)化為硫化物沉淀，若廢電解液的pH=4，為保證不生成NiS沉淀，Ni2+濃度應(yīng)控制在___以下。(已知：飽和H2S溶液中c(H2S)為0.1mol/L，H2S的電離常數(shù)Ka1=1.0×10-7，Ka2=2.0×10-15，Ksp(NiS)=1.4×10-16)

Answer 1

【答案】-2 Fe2O3 2CuFeS2+17H2O2+2H+=2Cu2++2Fe3++4SO42-+18H2O 不引入雜質(zhì)離子，無污染 氯離子濃度大，CuCl+2Cl-CuCl32-平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致CuCl的濃度減小，生成的堿式氯化銅的量減少，產(chǎn)率 較低 2CuFeS2Cu2S+2FeS+S 0.07mol/L

【解析】

本題中存在兩個(gè)流程，第一個(gè)流程目的是以黃銅礦為原料生產(chǎn)堿式氯化銅，黃銅礦（主要含CuFeS2及少量Fe2O3、SiO2），加入稀鹽酸酸浸，SiO2不溶于稀鹽酸，溶液中浸出Cu2+，Fe2+，Fe3+等離子，加入H2O2溶液，酸性條件下H2O2將Fe2+氧化為Fe3+，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe3+形成Fe（OH）3沉淀除去Fe3+，進(jìn)行操作Ⅰ過濾，得到SiO2、Fe（OH）3濾渣，溶液中則存在Cu2+為主，還存在SO42-，加入Cu和NaCl溶液，反應(yīng)生成CuCl沉淀，經(jīng)過操作Ⅱ過濾得到CuCl（s）和濾液，加入H2O和O2發(fā)生反應(yīng)Ⅲ，得到堿式氯化銅；

第二個(gè)流程中先將黃銅礦隔絕空氣焙燒，得到Cu2S和FeS等，加入石英砂通入空氣焙燒，生成Cu2O、Cu，熔渣為Fe2O3等，Cu2O、Cu與鋁在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)得到粗銅，電解可得到精銅。

（1）根據(jù)呈電中性CuFeS2，Cu為+2價(jià)，Fe為+2價(jià)，所以S為-2價(jià)，鐵紅的主要成分是Fe2O3；

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)I中有SO42-生成，由S2-轉(zhuǎn)化得到，H2O2作為氧化劑還會(huì)將CuFeS2中的二價(jià)鐵氧化成三價(jià)，結(jié)合電子守恒和元素守恒可得方程式為：2CuFeS2+17H2O2+2H+=2Cu2++2Fe3++4SO42-+18H2O；
H2O2作為氧化劑其還原產(chǎn)物無污染，且不引入新的雜質(zhì)，而HNO3的還原產(chǎn)物污染環(huán)境且引入雜質(zhì)；

（3）根據(jù)題目提供信息CuCl+2Cl-CuCl32-，當(dāng)氯離子濃度過大時(shí)平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致CuCl的濃度減小，生成的堿式氯化銅的量減少；

（4）根據(jù)流程可知產(chǎn)物中有Cu2S和FeS，通的化合價(jià)降低，則必有元素的化合價(jià)升高，反應(yīng)物只有CuFeS2，鐵元素化合價(jià)沒變，可知S的化合價(jià)升高，又因?yàn)楦艚^空氣焙燒，所以氧化產(chǎn)物應(yīng)為S單質(zhì)，故方程式為：2CuFeS2Cu2S+2FeS+S；

（5）飽和H2S溶液中c(H2S)為0.1mol/L，溶液pH=4，則溶液中c（H+）=10-4mol/L，根據(jù)Ka1=1.0×10-7，可解的c（HS-）約為10-4mol/L，根據(jù)Ka2=2.0×10-15，解得溶液中c（S2-）約為2.0×10-15mol/L，Ksp(NiS)=1.4×10-16=c（Ni2+）·c（S2-），所以為保證不生成NiS沉淀，Ni2+濃度應(yīng)小于 。