Question

3．生物湿法冶金是一种很有前途的新工艺，科学家发现有一种细菌在酸性水溶液、氧气存在下，可以将黄铜矿（主要成分是CuFeS₂，含少量杂质SiO₂）氧化成硫酸盐，某工厂运用该原理生产铜和绿矾（FeSO₄•7FeSO₄）的工艺如下：

回答下列问题：
（1）黄铜矿CuFeS₂中Cu的化合价+2．
（2）反应①的化学方程式为4CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，生物湿法炼铜与高温炼铜相比，它的优点有不需要加热，耗能少，没有二氧化硫等尾气产生．（至少答出两点）
（3）反应②中CuO的作用为调节混合溶液的pH，使Fe³⁺完全沉淀．
（4）试剂a为稀硫酸，试剂b为铁粉．
（5）欲从溶液中获得绿矾晶体，第⑥步实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥．
（6）我国早在西汉时期，就有湿法炼铜的记述：“曾青得铁则化为铜”，发生该反应的步骤有③（填序号）．

Answer 1

分析 根据生产铜和绿矾的工艺可知，黄铜矿先氧化成硫酸盐，得溶液A，再加故氧化铜调节溶液的PH值，得固体B为氢氧化铁沉淀和溶液B，溶液B中含有铜离子，再通过还原反应得铜单质，氢氧化铁再用稀硫酸溶解，再用铁粉还可得C为硫酸亚铁溶液，再通过蒸发浓缩、降温结晶得绿矾，
（1）根据化合价代数为0可判断黄铜矿CuFeS₂中Cu的化合价；
（2）根据元素守恒和电荷守恒写化学方程式，根据炼铜时的耗能和环保的角度分析；
（3）加入过量氧化铜调节溶液PH，使铁离子变成氢氧化铁沉淀；
（4）加入稀硫酸溶解氢氧化铁生成硫酸铁，加入铁粉和硫酸铁反应生成硫酸亚铁；
（5）从溶液中获得绿矾晶体需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤操作、洗涤干燥；
（6）湿法炼铜就是用铁转换出铜．

解答 解：根据生产铜和绿矾的工艺可知，黄铜矿先氧化成硫酸盐，得溶液A，再加故氧化铜调节溶液的PH值，得固体B为氢氧化铁沉淀和溶液B，溶液B中含有铜离子，再通过还原反应得铜单质，氢氧化铁再用稀硫酸溶解，再用铁粉还可得C为硫酸亚铁溶液，再通过蒸发浓缩、降温结晶得绿矾，
（1）根据化合价代数为0可知黄铜矿CuFeS₂中Cu的化合价为+2，
故答案为：+2；
（2）反应①的化学方程式为 4CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，生物湿法炼铜与高温炼铜相比，它的优点有不需要加热，耗能少，没有二氧化硫等尾气产生等，
故答案为：4CuFeS₂+17O₂+2H₂SO₄=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；不需要加热，耗能少，没有二氧化硫等尾气产生；
（3）加入过量氧化铜调节溶液PH，使铁离子变成氢氧化铁沉淀，
故答案为：调节混合溶液的pH，使Fe³⁺完全沉淀；
（4）制取的是绿矾，溶解氢氧化铁应该选用稀硫酸，还原铁离子，不能引进新的杂质，最佳选择是铁粉，
故答案为：稀硫酸；铁粉；
（5）获得的滤液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥，最后得到绿矾，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（6）我国早在西汉时期，就有湿法炼铜的记述：“曾青得铁则化为铜”，该湿法炼铜就是用铁转换出铜，与题中流程中的步骤③一致，
故答案为：③．

点评 本题考查了工业生成铜和绿矾的工业流程，涉及了实验操作、化学方程式书写、溶液PH的调节等知识，本题难度中等．