Question

黄铜矿CuFeS₂可用于冶炼铜，冶炼过程中需要空气和硅石，硅石主要用于形成炉渣，其反应的总方程式为：
2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂=2Cu+2FeSiO₃+4SO₂．
请回答下列问题：
（1）若CuFeS₂中Cu的化合价为+2，则反应中被还原的元素是______（填元素符号）．
（2）黄铜矿冶炼铜产生的炉渣中主要含Fe₂O₃、FeSiO₃、SiO₂、Al₂O₃等，请完成以下验证炉渣中含有+2价的铁的探究过程中的有关问题：
仅限选择的试剂有：
稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、NaOH溶液、KMnO₄溶液、KSCN溶液．
①应选用试剂为______．
②有关的实验现象为______．
（3）最近我国发现，以黄铜矿为原料在沸腾炉中和空气反应，生成物冷却后经溶解、除铁、结晶得到CuSO₄?5H₂O，生产成本降低了许多．实验结果如下表：

沸腾炉温度/℃	560	580	600	620	640	660
生成物中含水溶性铜化合物的百分含量/%	90.12	91.24	93.50	92.38	89.96	84.23
生成物中含酸溶性铜化合物的百分含量/%	92.00	93.60	97.08	97.82	98.16	98.19

则①实际生产过程中的沸腾炉温度为 600～620℃，控制温度的方法是______．
②温度高于600℃生成物中水溶性铜化合物百分含量下降的原因是______．
（4）另据报道，有一种叫Thibacillus ferroxidans的细菌，在酸性溶液中利用氧气可以将黄铜矿氧化成硫酸盐，试写出该反应的化学方程式：______．

Answer 1

解：（1）若CuFeS₂中Cu的化合价为+2，则Fe为+2价，S为-2价，反应中Cu和O元素化合价降低，被还原，故答案为：Cu、O；
（2）①验证炉渣中含有+2价的铁，应先加入稀硫酸溶解，生成亚铁离子，具有还原性，可与高锰酸钾发生氧化还原反应，酸化时不能加入盐酸，否则与高锰酸钾发生氧化还原反应，也不能直接加入硝酸，否则生成铁离子，不能检验，
故答案为：稀硫酸、KMnO₄溶液；
②稀硫酸浸取炉渣所得溶液含有亚铁离子，与高锰酸钾发生氧化还原反应而使高锰酸钾褪色，
故答案为：稀硫酸浸取炉渣所得溶液能使KMnO₄溶液褪色；
（3）①CuFeS₂与O₂反应放热，可通过控制加入CuFeS₂的速度调节温度，
故答案为：控制加入CuFeS₂的速度（原因：CuFeS₂与O₂反应放热）；
②水溶性铜化合物为CuSO₄?5H₂O，酸溶性铜化合物为CuO，温度较高时，CuSO₄?5H₂O可分解生成CuO，则在600℃以上时水溶性铜化合物含量减少，
故答案为：生成的CuSO₄发生了分解生成酸溶性铜化合物；
（4）在酸性溶液中利用氧气可以将黄铜矿氧化成硫酸盐，则应有硫酸参加反应，且生成硫酸铜，硫酸铁和水，
反应的方程式为4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案为：4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂=4CuSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
分析：（1）若CuFeS₂中Cu的化合价为+2，则Fe为+2价，S为-2价，反应中Cu和O元素化合价降低，S元素化合价升高；
（2）验证炉渣中含有+2价的铁，应先加入稀硫酸溶解，生成亚铁离子，具有还原性，可与高锰酸钾发生氧化还原反应；
（3）水溶性铜化合物为CuSO₄?5H₂O，酸溶性铜化合物为CuO，温度较高时，CuSO₄?5H₂O可分解生成CuO，CuFeS₂与O₂反应放热，可通过控制加入CuFeS₂的速度调节温度；
（4）根据反应物和生成物结合质量守恒定律书写反应的化学方程式．
点评：本题考查考查较为综合，涉及物质的制备、检验和性质实验设计等问题，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力，为高考常见题型，难度中等．