Question

9．據報道，有一種細菌在氧氣存在下的酸性溶液中，能將黃銅礦（CuFeS₂）氧化成硫酸鹽．發(fā)生的反應為：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂═4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
（1）CuFeS₂中Fe的化合價為+2，上述反應中被氧化的元素是Fe和CuFeS₂中的S，檢驗反應后溶液中含有Fe³⁺的試劑是KSCN溶液．
（2）工業(yè)生產中利用上述反應后的溶液，按如圖1的流程可制備膽礬（CuSO₄•5H₂O）：

①步驟二的操作名稱是過濾．
步驟三的操作包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌．
②請解釋步驟一加入CuO能除去CuSO₄溶液中Fe³⁺的原因：加入CuO與H⁺反應，使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀而除去．
（3）有人提出可以利用如圖2的裝置從溶液B中提煉金屬銅．該過程中右側電極的反應式是4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑．若溶液B為200mL，電解一段時間后，測得某電極增重0.64g．停止通電，此時溶液pH=1（溶液體積不變）．
（4）Fe（OH）₃在堿性條件下可被氯酸鉀氧化為K₂FeO₄，K₂FeO₄有很強的氧化性，由Cu、K₂FeO₄和KOH溶液可形成堿性電池，Cu和K₂FeO₄分別是電池的負極和正極材料．
①該電池正極的電極反應是FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-．
②該電池總反應的離子方程式是2FeO₄^2-+3Cu+8H₂O═2 Fe（OH）₃+3Cu（OH）₂+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）在氧化還原反應中，化合價升高的元素在反應中被氧化；鐵離子遇到KSCN溶液會變紅色；
（2）①根據分離液體和固體的操作解答；溶解度受溫度影響較大的物質從溶液中結晶析出的方法是冷卻熱飽和溶液；
②運用沉淀溶解平衡移動的原理進行解答；
（3）溶液B為硫酸銅，從溶液B中提煉金屬銅，實質是2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2Cu+2H₂SO₄+O₂↑；根據電解后所得到的硫酸的量確定氫離子的量，并計算濃度得到溶液pH；
（4）①由Cu、K₂FeO₄和KOH溶液可形成堿性電池，K₂FeO₄在正極上得電子生成Fe（OH）₃；
②堿性條件下，Cu與K₂FeO₄反應生成Fe（OH）₃和Cu（OH）₂．

解答 解：（1）在4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O反應中，CuFeS₂中Fe從+2價變?yōu)楫a物中的+3價，硫從-2價變?yōu)楫a物中的+6價，F(xiàn)e和CuFeS₂中的S化合價升高，在反應中被氧化；鐵離子遇到KSCN溶液會變紅色，所以檢驗反應后溶液中含有Fe³⁺的試劑是KSCN溶液；
故答案為：Fe和CuFeS₂中的S；KSCN溶液；
（2）①步驟二的操作是分離固體和液體混合物，采用過濾操作；CuSO₄溶解度受溫度影響較大，將硫酸銅溶液蒸發(fā)濃縮后，將熱的硫酸銅溶液靜置并慢慢降溫，得到硫酸銅晶體，
故答案為：過濾；冷卻結晶；
②加入CuO，CuO與H⁺反應使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中c（Fe³⁺）•c³（OH^-）＞Ksp[Fe（OH）₃]，導致Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案為：加入CuO與H⁺反應，使c（H⁺）減小，c（OH^-）增大，使溶液中Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀而除去；
（3）CuSO₄溶液中銅離子的放電能力大于氫離子的放電能力，所以銅離子先放電；氫氧根離子的放電能力大于硫酸根離子的放電能力，氫氧根離子先放電，陽極上失電子，發(fā)生氧化反應，所以該過程中右邊電極氫氧根離子在陽極上失電子生成氧氣4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；陰極的電極反應方程式是Cu²⁺+2e^-═Cu，當生成金屬銅為0.64g時，即生成金屬銅的物質的量是0.01mol，此時生成硫酸的物質的量是0.01mol，氫離子濃度是$\frac{0.01mol×2}{0.2L}$=0.1mol/L，所以溶液pH=1；
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1；
（4）①由Cu、K₂FeO₄和KOH溶液可形成堿性電池，K₂FeO₄在正極上得電子生成Fe（OH）₃，則正極的電極方程式為：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
故答案為：FeO₄^2-+3e^-+4H₂O═Fe（OH）₃+5OH^-；
②堿性條件下，Cu與K₂FeO₄反應生成Fe（OH）₃和Cu（OH）₂，該電池總反應的離子方程式是2FeO₄^2-+3Cu+8H₂O═2 Fe（OH）₃+3Cu（OH）₂+4OH^-；
故答案為：2FeO₄^2-+3Cu+8H₂O═2 Fe（OH）₃+3Cu（OH）₂+4OH^-．

點評 本題考查了氧化還原反應、電解原理和原電池原理的應用、方程式的書寫等，題目涉及的知識點較多，側重于對基礎知識的綜合應用的考查，題目難度中等，注意把握電解池中離子的放電順序和電極方程式的書寫方法．