Question

3．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）該反應(yīng)中，F(xiàn)e³⁺體現(xiàn)氧化性．
（2）上述總反應(yīng)的原理如圖1所示．負極的電極反應(yīng)式是CuFeS₂-4e^-═Fe²⁺+2S+Cu²⁺．
（3）一定溫度下，控制浸取劑pH=1，取三份相同質(zhì)量黃銅礦粉末分別進行如下實驗：

實驗	操作	2小時后Cu2+浸出率/%
I	加入足量0.10mol•L-1 Fe2（SO4）3溶液	78.2
II	加入足量0.10mol•L-1 Fe2（SO4）3溶液，通入空氣	90.8
III	加入足量0.10mol•L-1 Fe2（SO4）3溶液，再加入少量0.0005mol•L-1 Ag2SO4溶液	98.0

①對比實驗 I、II，通入空氣，Cu²⁺浸出率提高的原因是通入O₂后，發(fā)生反應(yīng)4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，c（Fe²⁺）降低，c（Fe³⁺）升高，總反應(yīng)的平衡正向移動．
②由實驗 III推測，在浸取Cu²⁺過程中Ag⁺作催化劑，催化原理是：
�。瓹uFeS₂+4Ag⁺═Fe²⁺+Cu²⁺+2Ag₂S
ⅱ．Ag₂S+2Fe³⁺═2Ag⁺+2Fe²⁺+S
為證明該催化原理，進行如下實驗：
a．取少量黃銅礦粉末，加入少量0.0005mol•L^-1 Ag₂SO₄溶液，充分混合后靜置．取上層清液，加入稀鹽酸，觀察到溶液中無明顯現(xiàn)象，證明發(fā)生反應(yīng) i．
b．取少量Ag₂S粉末，加入pH=1的0.10mol•L^-1Fe₂（SO₄）₃溶液溶液，充分混合后靜置．取上層清液，加入稀鹽酸，有白色沉淀，證明發(fā)生反應(yīng) ii．
（4）用實驗 II的浸取液電解提取銅的原理如圖2所示：

①電解初期，陰極沒有銅析出．用電極反應(yīng)式解釋原因是Fe³⁺+e^-═Fe²⁺．
②將陰極室的流出液送入陽極室，可使浸取劑再生，再生的原理是Fe²⁺在陽極失電子生成Fe³⁺：Fe²⁺-e^-═Fe³⁺，SO₄^2-通過陰離子交換膜進入陽極室，F(xiàn)e₂（SO₄）₃溶液再生．

Answer 1

分析 （1）氧化還原反應(yīng)中元素化合價降低最氧化劑被還原；
（2）總反應(yīng)的離子方程式是CuFeS₂+4Fe³⁺?Cu²⁺+5Fe²⁺+2S，負極是CuFeS₂失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（3）①一定溫度下，控制浸取劑pH=1，取三份相同質(zhì)量黃銅礦粉末，加入足量0.10mol•L^-1 Fe₂（SO₄）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子、銅離子和單質(zhì)硫，其中亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，反應(yīng)正向進行程度增大；
②a．取少量黃銅礦粉末，加入少量0.0005mol•L^-1 Ag₂SO₄溶液，充分混合后靜置，溶液中無銀離子；
b．證明發(fā)生反應(yīng) iiAg₂S+2Fe³⁺═2Ag⁺+2Fe²⁺+S，選擇溶液需要溶解Ag₂S粉末生成銀離子來驗證銀離子的存在；
（4）①浸取液中含過量的鐵離子，鐵離子氧化性大于銅優(yōu)先放電；
②Fe²⁺在陽極失電子生成Fe³⁺，SO₄^2-通過陰離子交換膜進入陽極室；

解答 解：（1）CuFeS₂+4Fe³⁺?Cu²⁺+5Fe²⁺+2S，反應(yīng)中鐵元素化合價+3價變化為+2價，做氧化劑被還原發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：氧化；
（2）CuFeS₂+4Fe³⁺?Cu²⁺+5Fe²⁺+2S，負極是CuFeS₂失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：CuFeS₂-4e^-═Fe²⁺+2S+Cu²⁺，
故答案為：CuFeS₂-4e^-═Fe²⁺+2S+Cu²⁺；
（3）①一定溫度下，控制浸取劑pH=1，取三份相同質(zhì)量黃銅礦粉末，加入足量0.10mol•L^-1 Fe₂（SO₄）₃溶液，發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子、銅離子和單質(zhì)硫，其中亞鐵離子被氧氣氧化為鐵離子，通入O₂后，發(fā)生反應(yīng)4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，c（Fe²⁺）降低，c（Fe³⁺）升高，總反應(yīng)的平衡正向移動，
故答案為：通入O₂后，發(fā)生反應(yīng)4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，c（Fe²⁺）降低，c（Fe³⁺）升高，總反應(yīng)的平衡正向移動；
②a．無明顯現(xiàn)象；    
b．pH=1的0.10 mol•L^-1Fe₂（SO₄）₃溶液；
（4）①電解初期，陰極沒有銅析出．浸取液中含過量的鐵離子，鐵離子氧化性大于銅優(yōu)先放電，電極反應(yīng)Fe³⁺+e^-═Fe²⁺，
故答案為：Fe³⁺+e^-═Fe²⁺；
②將陰極室的流出液送入陽極室，可使浸取劑再生，再生的原理是Fe²⁺在陽極失電子生成Fe³⁺：Fe²⁺-e^-═Fe³⁺，SO₄^2-通過陰離子交換膜進入陽極室，F(xiàn)e₂（SO₄）₃溶液再生，
故答案為：Fe²⁺在陽極失電子生成Fe³⁺：Fe²⁺-e^-═Fe³⁺，SO₄^2-通過陰離子交換膜進入陽極室，F(xiàn)e₂（SO₄）₃溶液再生；

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、性質(zhì)實驗驗證、電極原理的理解和電極反應(yīng)書寫，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．