Question

【题目】经多年勘测，2018年11月23日省自然资源厅发布消息称在皖江地区发现特大铜矿床，具有重大实际意义。以黄铜矿(主要成分为CuFeS2,含有少量PbS、Al2O3、SiO2)为原料制取胆矾的流程如下图：

已知：常温下Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38, Ksp[Al(OH)3]=3.0×10-33，Ksp[Cu(OH)2]=3.0×10-20。

（1）CuFeS2中硫元素的化合价为______，硫元素在周期表中的位置是______________。写出上述流程中生成亚硫酸铵的离子方程式：_______________________________。

（2）最适合的试剂A是________（写化学式）溶液，固体2的成份为PbSO4和_______。当试剂A的浓度为6mol·L-1时 ，“浸出”实验中，铜的浸出率结果如图所示。所采用的最佳实验条件(温度、时间)为_______________。

（3）最适合的试剂B是_______(填序号)，最适合的试剂C是______（填序号），固体3的成份为_________________________。

a．Cl2 b．CuO c．酸性高锰酸钾溶液 d．NaOH e．H2O2 溶液 f．K2CO3

（4）操作1如在实验室中进行，用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和_______，操作2的步骤为________________过滤、洗涤。

（5）根据已知信息，请计算：当Fe3+完全沉淀时，溶液中Al3+理论最大浓度为______。（提示：当离子浓度≤1×10-5mol·L时，认为该离子沉淀完全）

Answer 1

【答案】-2 第三周期ⅥA族 SO2+CO32-=SO32-+CO2（SO2+H2O+2CO32-=SO32-+2HCO3-） H2SO4 SiO2 90℃、2.5小时 e b CuO、Fe(OH)3、Al(OH)3 漏斗 蒸发浓缩、冷却结晶 0.375mol/L

【解析】

（1）根据化合物的各元素化合价为0分析作答；硫元素原子序数为16，根据其原子结构示意图来判断元素周期表的位置；气体与碳酸铵反应生成亚硫酸铵，根据元素守恒可推出该气体为二氧化硫；

（2）根据实验目的，流程图中固体1主要有CuS2，想得到胆矾引入硫酸根离子，据此分析作答；工艺上，选出铜的浸出率最高的点即时最佳实验条件；

（3）溶液1中含铜离子、亚铁离子和铝离子，可加入环保氧化剂过氧化氢，将亚铁离子氧化成稳定的铁离子，便于沉淀，然后通过适当的试剂，且不引入其他杂质离子的前提下除掉铁离子与铝离子，得到纯净的硫酸铜溶液，据此分析作答；

（4）操作1为过滤过程，操作2为蒸发结晶，最终得到胆矾的过程，根据实验要求与基本操作分析所需实验仪器及操作步骤；

（5）先根据题意计算出Fe3+完全沉淀时的氢氧根离子浓度，再结合Ksp[Al(OH)3]=3.0×10-33，得出结论；

（1）CuFeS2分子中铜为+2价，铁为+2价，设硫元素化合价为x，则+2+2+2x = 0，解得x = -2价，硫元素的原子结构示意图为，则其在周期表中的位置是第三周期ⅥA族；根据题意可知，上述流程中生成亚硫酸铵的离子方程式：SO2+CO32-=SO32-+CO2（SO2+H2O+2CO32-=SO32-+2HCO3-）。

故答案为：-2；第三周期ⅥA族；SO2+CO32-=SO32-+CO2（SO2+H2O+2CO32-=SO32-+2HCO3-）；

（2）固体1加入试剂A后会生成硫酸铜溶液，则结合流程图可知，最适合的试剂A是硫酸，又SiO2不溶于水也不溶于硫酸，则固体2的成分中有SiO2；根据实验结果可以看出，在坐标系中，温度为90℃、浸出时间为2.5小时，铜的浸出率最高，此温度和浸出时间为最佳实验条件，

故答案为：H2SO4；SiO2；90℃、2.5小时

（3）根据实验流程图可知，需首先将亚铁离子氧化成铁离子，根据除杂原则，最好选环保氧化剂过氧化氢，a和c虽具有氧化性，但会引入氯离子与锰离子、钾离子等杂质，故a、c不选，e选；继续加入调节溶液酸碱性的试剂，使溶液中铁离子与铝离子沉淀下来，且不引入其他杂质离子，试剂C可选氧化铜，d氢氧化钠是强碱，过量的氢氧化钠会使已经沉淀的氢氧化铝溶解，不能达到除杂目的，f碳酸钾会引入新的杂质，故d、f不选，b选；

故答案选：e；b；

（4）操作1是将生成的沉淀过滤，所用仪器除烧杯、玻璃棒以外，还需要用到漏斗；操作2为硫酸铜溶液得到胆矾（五水合硫酸铜）的过程，则需要进行的操作步骤为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，

故答案为：漏斗；蒸发浓缩、冷却结晶；

（5）当Fe3+完全沉淀时，所需的氢氧根离子浓度c(OH-) = = 2×10-11 mol/L，则这时溶液中Al3+理论最大浓度 = = 0.375 mol/L，

故答案为：0.375 mol/L；