Question

10．研究發(fā)現(xiàn)銅具有獨(dú)特的殺菌功能，能較好地抑制病菌的生長．現(xiàn)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(yīng)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(zhì)熱解氣（主要成分CO、CH4、H2）將SO2在高溫下還原成單質(zhì)硫，其部分熱化學(xué)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(xì)菌冶金”是利用某些細(xì)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(qiáng)；利用Fe₂（SO₄）₃作氧化劑溶解輝銅礦石，溶液酸性又進(jìn)一步增強(qiáng)，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(yīng)完全后過濾出銅和剩余的鐵屑，得溶液Xml（設(shè)整個(gè)過程中其它雜質(zhì)不參與反應(yīng)，不考慮溶液離子水解）．其流程如圖：

（1）Ⅱ相對(duì)于Ⅰ的優(yōu)點(diǎn)是能大大降低能源消耗，利于減少污染或?qū)ω毜V、尾礦的開采更有價(jià)值．（說一點(diǎn)即可）
（2）Ⅰ中反應(yīng)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(yīng)生成SO₂（g）的熱化學(xué)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(shí)陽極的電極反應(yīng)式為HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺．
（5）寫出Ⅱ中黃鐵礦氧化過程的化學(xué)反應(yīng)方程式4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄
（6）假設(shè)Ⅱ中每一步都完全反應(yīng)，消耗掉標(biāo)況下空氣5×22.4VL（氧氣體積分?jǐn)?shù)為20%），則所得c（Fe²⁺）=$\frac{\frac{42}{75}mol}{v×1{0}^{-3}L}$（可以寫表達(dá)式）

Answer 1

分析 （1）依據(jù)流程轉(zhuǎn)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(yīng)產(chǎn)生有毒的二氧化硫，而Ⅱ“細(xì)菌冶金”中不產(chǎn)生有毒氣體，故其污染性小、環(huán)保，同時(shí)Ⅱ“細(xì)菌冶金”充分利用了資源；
（2）在氧化還原反應(yīng)中，得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑，失電子化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑；
（3）燃燒熱是指完全燃燒1mol物質(zhì)生成最穩(wěn)定產(chǎn)物的過程放出的熱量，依據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式計(jì)算得到S（g）與O₂（g）反應(yīng)生成SO₂（g）的熱化學(xué)方程式；
（4）電解陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價(jià)升高，若用Ⅰ中方法2吸收尾氣，則開始時(shí)根據(jù)化合價(jià)變化判斷陽極反應(yīng)物質(zhì)，寫出陽極反應(yīng)式；
（5）反應(yīng)物為FeS₂、氧氣、水，生成物為Fe₂（S0₄）₃和硫酸，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書寫化學(xué)反應(yīng)方程式；
（6）根據(jù)FeS₂中的鐵元素由+2價(jià)被氧氣氧化為+3價(jià)，硫元素由-1價(jià)被氧化為+6價(jià)，即1molFeS₂失去15mol電子，而1molO₂被還原時(shí)得4mol電子，根據(jù)得失電子數(shù)守恒和化學(xué)方程式計(jì)算；

解答 解：（1）依據(jù)流程轉(zhuǎn)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(yīng)產(chǎn)生有毒的二氧化硫，而Ⅱ“細(xì)菌冶金”中無需高溫能大大降低能源消耗，不產(chǎn)生有毒氣體，故其污染性小、環(huán)保，利于減少污染，同時(shí)Ⅱ“細(xì)菌冶金”充分利用了資源，對(duì)貧礦、尾礦的開采更有價(jià)值；
故答案為：能大大降低能源消耗，利于減少污染或?qū)ω毜V、尾礦的開采更有價(jià)值；
（2）Ⅰ中反應(yīng)2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂↑，Cu₂S在反應(yīng)中Cu元素化合價(jià)降低（+1→0），S元素化合價(jià)升高（-2→+4），則Cu₂S在反應(yīng)中既是氧化劑，又是還原劑，Cu₂O在反應(yīng)中Cu元素化合價(jià)降低（+1→0），O元素化合價(jià)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(yīng)，電解NaHSO₃溶液可制得硫酸，硫的化合價(jià)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(yīng)式是：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
故答案為：HSO₃^-+H₂O-2e^-=SO₄^2-+3H⁺；
（5）反應(yīng)物為FeS、氧氣、水，生成物為Fe₂（S0₄）₃和硫酸，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄，
故答案為：4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄；
（6）黃鐵礦氧化4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄，過濾后，Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O$\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+S0₄^2-，加鐵粉Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，消耗掉標(biāo)況下空氣5×22.4VL（氧氣體積分?jǐn)?shù)為20%），氧氣的物質(zhì)的量為：$\frac{5×22.4VL×20%}{22.4L/mol}$=vmol，F(xiàn)eS₂中的鐵元素由+2價(jià)被氧氣氧化為+3價(jià)，硫元素由-1價(jià)被氧化為+6價(jià)，即1molFeS₂失去15mol電子，而1molO₂被還原時(shí)得4mol電子，根據(jù)得失電子數(shù)守恒可知，氧化的n（FeS₂）=$\frac{vmol×4}{15}$=$\frac{4}{15}$vmol，依據(jù)4FeS₂+15O₂+2H₂O $\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Fe₂（S0₄）₃+2H₂S0₄，Cu₂S+10Fe³⁺+4H₂O$\frac{\underline{\;細(xì)菌\;}}{\;}$2Cu²⁺+10Fe²⁺+8H⁺+S0₄^2-，根據(jù)鐵原子守恒生成的亞鐵離子n（Fe²⁺）=$\frac{4}{15}$vmol，生成n（Cu²⁺）=$\frac{4}{15}$vmol×$\frac{2}{10}$=$\frac{4}{75}$vmol，生成的氫離子由第一反應(yīng)生成的硫酸和第二反應(yīng)生成的氫離子和，所以n（H⁺）=$\frac{4}{15}$vmol+$\frac{16}{75}$vmol=$\frac{36}{75}$vmol，加鐵粉Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，F(xiàn)e+2H⁺=H₂↑+Fe²⁺，生成的亞鐵離子為第一第二反應(yīng)生成的亞鐵離子$\frac{4}{15}$vmol和鐵和銅離子反應(yīng)的生成的亞鐵離子$\frac{4}{75}$vmol以及酸和鐵反應(yīng)生成的亞鐵離子$\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(diǎn)評(píng) 本題考查了冶煉銅兩種方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，掌握銅及其化合物性質(zhì)理清各流程反應(yīng)是解答的關(guān)鍵，（6）計(jì)算是該題解答難點(diǎn)，題目難度較大．