Question

5．由黄铜矿（主要成分是CuFeS₂）炼制精铜的工艺流 程示意图如下：
[铜矿石]$\stackrel{选矿}{→}$[铜精矿石]$→_{反射炉}^{焙烧和除渣}$[冰铜]$→_{转炉}^{还原}$[粗铜]$→_{电解槽}^{精炼}$[电解铜]
（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到l000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物．
①该过程中两个主要反应的化学方程式分别是2CuFeS₂+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu₂S+2FeS+SO₂、FeS+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+2SO₂；
②反射炉内生成炉渣的主要成分是FeSiO₃．
（2）冰铜（Cu₂S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%～50%．转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼．冰铜中的Cu₂S被氧化为Cu₂O．生成的Cu₂O与Cu₂S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜．该过程发生反应的化学方程式分别是2Cu₂S+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu₂O+2SO₂、2Cu₂O+Cu₂S $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+2SO₂↑．
（3）粗铜的电解精炼如图所示．
①在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极c（填图中的字母）；
②在电极d上发生的电极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu；
③若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为Au、Ag以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe²⁺的形式进入电解液中．

Answer 1

分析 （1）①黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物：产物为Cu₂S、FeS；部分Fe的硫化物转变为Fe的低价氧化物：产物为FeO；反射炉内生成炉渣的主要成分是FeSiO₃；
②反射炉内生成炉渣的主要成分是FeSiO₃；
（2）Cu₂S被氧气氧化生成二氧化硫和Cu₂O；Cu₂O与Cu₂S反应Cu和SO₂；
（3）粗铜应该放在阳极，c是阳极；d是阴极，发生还原反应 Cu²⁺+2e^-=Cu；粗铜中的Au、Ag、，它们在电解槽中的下方，以单质形式沉积在c（阳极）下方；Fe以Fe²⁺的形式进入电解液中．

解答 解：（1）①黄铜矿与空气反应生成Cu₂S、FeS，根据化合价升降相等配平，反应方程式为：2CuFeS₂+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu₂S+2FeS+SO₂；FeS和氧气反应生成FeO，根据化合价升降相等，配平方程式为：FeS+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+2SO₂；
故答案是：2CuFeS₂+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Cu₂S+2FeS+SO₂；FeS+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+2SO₂；
②二氧化硅在高温下与FeO反应生成FeSiO₃，所以生成炉渣的主要成分为：FeSiO₃，故答案为：FeSiO₃；
（2）Cu₂S被氧气氧化生成二氧化硫和Cu₂O：2Cu₂S+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu₂O+2SO₂；Cu₂O与Cu₂S反应：2Cu₂O+Cu₂S $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+2SO₂↑，
故答案是：2Cu₂S+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu₂O+2SO₂；2Cu₂O+Cu₂S $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+2SO₂↑；
（3）①c连电源正极，d连电源的负极；故c为阳极，d为阴极；粗铜板应放在阳极，即c；故答案为：c；
②d阴极发生还原反应，阴极上铜离子得电子生成Cu，则方程式为：Cu²⁺+2e^-=Cu；故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；
③Au、Ag比较稳定，不反应，以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe失去电子变成Fe²⁺的形式进入电解液中，
故答案为：Au、Ag以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe²⁺的形式进入电解液中．

点评 本题考查了物质的制备流程、铜及其化合物的性质、以及电解原理的应用，题目难度中等，侧重于考查学生阅读信息、处理信息的能力，明确物质之间的反应以及电解池的原理是解题的关键．