【題目】以黃銅礦(主要成分二硫化亞鐵銅CuFeS2為原料,用Fe2(SO4)3溶液作浸取劑提取銅,總反應(yīng)的離子方程式是:CuFeS2+4Fe3+=Cu2++5Fe2++2S

(1)上述總反應(yīng)的原理如圖1所示。正極的電極反應(yīng)式是_______________________________。

(2)一定溫度下,控制浸取劑pH=1,總體積為1L,取三份相同質(zhì)量黃銅礦粉末分別進(jìn)行實驗,結(jié)果如圖2:

實驗

操作

I

加入足量0.100 molL-1Fe2(SO4)3溶液

II

加入足量0.100 molL-1Fe2(SO4)3溶液,通入空氣

加入足量0.100 molL-1Fe2(SO4)3溶液,再加入少量 0.000500 molL-1Ag2SO4溶液

①曲線IV是在實驗I的基礎(chǔ)上改變?nèi)芤旱膒H所得實驗結(jié)果,請分析pH從2到3,Cu2+浸出率明顯下降的原因____________________________(用離子方程式描述)。

②對比實驗I、Ⅱ,通入空氣,Cu2+浸出率提髙的原因是_________________________。

③由實驗Ⅲ推測,在浸取Cu2+過程中Ag+作催化劑,催化原理是:

i . CuFeS2+4Ag+=Fe2++Cu2++2Ag2S

ii.……

寫出上述ii的離子方程式_____________________________________________

為證明該催化原理,進(jìn)行如下實驗:

a.取少量黃銅礦粉末,加入少量0.0005mol·L-lAg2SO4溶液,充分混合后靜置。取上層淸液,加入稀鹽酸,觀察到溶液中_______________________,證明發(fā)生反應(yīng)i

b.取少量Ag2S粉末,加入________________溶液,充分混合后靜置。取上層淸液,加入稀鹽酸,有白色沉淀,證明發(fā)生反應(yīng)ii

④若實驗中樣品含銅a mol,則實驗I的平衡常數(shù)K=_____________(雜質(zhì)不參與反應(yīng),只要求列出計算式,不必算出結(jié)果)。

(3)為了進(jìn)一步研究上述實驗Ⅲ結(jié)論的可靠性,査得資料Ksp(Ag2S)=6.4×10-50,Ksp(AgCl)=1.8×10-10,試計算,使飽和Ag2S溶液中的Ag+開始轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀所需鹽酸的最低濃度為____________ mol/L (己知≈2.5)。

【答案】 Fe3++e-=Fe2+ 2Fe3++3H2O2Fe(OH)3+3H+ 通入O2后,F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+, c(Fe2+)降低,c(Fe3+)升高,平衡正向移動 Ag2S+2 Fe3+=2Ag++2 Fe2++ S 無明顯現(xiàn)象 Fe2(SO4)3溶液 K= 3.6×106【不可能達(dá)到的濃度,側(cè)面說明a的檢驗方法可行】

【解析】(1)考查電極反應(yīng)式的書寫,正極是得到電子,化合價降低,根據(jù)圖,Fe3+在正極上參加反應(yīng),電極反應(yīng)式為Fe3++e=Fe2+;(2)考查鹽類水解、平衡的移動、化學(xué)平衡常數(shù),浸取劑是Fe2(SO4)3,屬于強酸弱堿鹽,Fe3++3H2OFe(OH)3+3H,pH23,溶液中c(H)降低,平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,生成Fe(OH)3,c(Fe3+)降低,平衡向逆反應(yīng)方向移動,Cu2+浸取率降低;②Fe2+以還原性為主,容易被氧氣氧化成Fe3+,溶液中c(Fe3+)增大,平衡向正反應(yīng)方向移動,Cu2+浸取率提高;③因為Ag是催化劑,因此反應(yīng)后仍然生成Ag,且Fe3+參加反應(yīng),因此ii的反應(yīng)是Ag2S+2Fe3+=2Ag+2Fe2++S;a、因為加入少量Ag2SO4溶液,反應(yīng)i,溶液中沒有Ag存在,因此加入鹽酸后,沒有沉淀產(chǎn)生,即無現(xiàn)象;b、根據(jù)ii的反應(yīng),應(yīng)加入Fe2(SO4)3溶液,混合后靜置,取上層清液,加入稀鹽酸,有白色沉淀產(chǎn)生,說明反應(yīng)ii發(fā)生;④CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S

起始: a 0.2 0 0

變化:0.98a 4×0.98a 0.98a 5×0.98a

平衡: (0.2-4×0.98a) 0.98a 5×0.98a 根據(jù)平衡常數(shù)的定義,K= ==;(3)本題考查溶度積的計算,飽和Ag2S溶液中c(Ag)= mol·L-1=5×10-17mol·L-1,加入Cl,AgCl達(dá)到飽和,至少需要的c(Cl)= =3.6×106mol·L-1,因此出現(xiàn)氯化銀沉淀,需要鹽酸的最低濃度為3.6×106mol·L-1

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