Question

12．將某黃銅礦（主要成分為CuFeS₂）和O₂在一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)所得固體混合物X中含有CuSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃及少量SiO₂等，除雜后可制得純凈的膽礬晶體（CuSO₄•5H₂O）．
（1）實(shí)驗(yàn)測得溫度對反應(yīng)所得固體混合物中水溶性銅（CuSO₄）的含量的影響如圖所示．生產(chǎn)過程中應(yīng)將溫度控制在600℃左右，溫度升高至一定程度后，水溶性銅含量下降的可能原因是CuSO₄發(fā)生了分解反應(yīng)．
（2）如表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計(jì)算）．實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑和用品：稀硫酸、3% H₂O₂溶液、CuO、玻璃棒、精密pH試紙．

粒子	Cu2+	Fe2+	Fe3+
開始沉淀時(shí)的pH	4.7	5.8	1.9
完全沉淀時(shí)的pH	6.7	9.0	3.2

①實(shí)驗(yàn)時(shí)需用約3%的H₂O₂溶液100mL，現(xiàn)用市售30%（密度近似為1g•cm^-3）的H₂O₂來配制，其具體配制方法是用量筒量取10mL30%H₂O₂溶液加入燒杯中，再加入90mL 水（或加水稀釋至 100mL），攪拌均勻．
②補(bǔ)充完整由反應(yīng)所得固體混合物X制得純凈膽礬晶體的實(shí)驗(yàn)步驟：
第一步：將混合物加入過量稀硫酸，攪拌、充分反應(yīng)，過濾．
第二步：向?yàn)V液中加入稍過量3% H₂O₂溶液，充分反應(yīng)．
第三步：向溶液中加入CuO，用精密pH試紙控制pH在3.2～4.7之間，過濾．
第四步：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶．
第五步：過濾、洗滌，低溫干燥．
（3）在酸性、有氧條件下，一種叫Thibacillus ferroxidans的細(xì)菌能將黃銅礦轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，該過程反應(yīng)的離子方程式為4CuFeS₂+4H⁺+17O₂=4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，600℃時(shí)水溶性銅（CuSO₄）的含量出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，水溶性銅化合物為CuSO₄•5H₂O，酸溶性銅化合物為CuO，溫度較高時(shí)，CuSO₄•5H₂O可分解生成CuO；
（2）①依據(jù)稀釋溶液溶質(zhì)不變進(jìn)行列式計(jì)算即可；
②混合物X中含有CuSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃及少量SiO₂等，需先溶解于硫酸，除去二氧化硅，然后氧化亞鐵離子生成鐵離子，以便降低pH值除去，故應(yīng)加入氧化劑，最后調(diào)節(jié)pH值，然后加熱濃縮、冷卻結(jié)晶即可；
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物結(jié)合質(zhì)量守恒定律書寫反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）由圖可知，600℃時(shí)水溶性銅（CuSO₄）的含量出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，故應(yīng)控制溫度在600℃左右，水溶性銅化合物為CuSO₄•5H₂O，酸溶性銅化合物為CuO，溫度較高時(shí)，CuSO₄•5H₂O可分解生成CuO，則在600℃以上時(shí)水溶性銅化合物含量減少，
故答案為：600℃；CuSO₄發(fā)生了分解反應(yīng)；
（2）①實(shí)驗(yàn)時(shí)需用約3%的H₂O₂溶液100mL，現(xiàn)用市售30%（密度近似為1g•cm^-3）的H₂O₂來配制，即3%×100=30%×x，解x=10mL，故需要30%的雙氧水10mL，需用水90mL，
故步驟為：用量筒量取10mL30%H₂O₂溶液加入燒杯中，再加入90mL 水（或加水稀釋至 100mL），攪拌均勻，
故答案為：用量筒量取10mL30%H₂O₂溶液加入燒杯中，再加入90mL 水（或加水稀釋至 100mL），攪拌均勻；
②混合物X中含有CuSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃及少量SiO₂等，需先溶解于硫酸，除去二氧化硅，然后氧化亞鐵離子生成鐵離子，以便降低pH值除去，故應(yīng)加入氧化劑，最后調(diào)節(jié)pH值，然后加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、干燥即可得產(chǎn)品，故步驟二為：向?yàn)V液中加入稍過量3% H₂O₂溶液，充分反應(yīng)，以便氧化亞鐵離子；
步驟三為：向溶液中加入CuO，用精密pH試紙控制pH在3.2～4.7之間，便于讓鐵離子生成氫氧化鐵除去；
步驟四為：加熱濃縮，
故答案為：向?yàn)V液中加入稍過量3% H₂O₂溶液，充分反應(yīng)；向溶液中加入CuO，用精密pH試紙控制pH在3.2～4.7之間；加熱濃縮；
（3）在酸性溶液中利用氧氣可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，則應(yīng)有硫酸參加反應(yīng)，且生成硫酸銅，硫酸鐵和水，反應(yīng)的方程式為4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，離子反應(yīng)方程式為：4CuFeS₂+4H⁺+17O₂=4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：4CuFeS₂+4H⁺+17O₂=4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查考查較為綜合，涉及物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等問題，側(cè)重于考查學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識的能力，為高考常見題型，難度中等．