Question

【题目】以黄铜矿（主要成分二硫化亚铁铜CuFeS2为原料，用Fe2(SO4)3溶液作浸取剂提取铜，总反应的离子方程式是：CuFeS2+4Fe3+=Cu2++5Fe2++2S

（1）上述总反应的原理如图1所示。正极的电极反应式是_______________________________。

（2）一定温度下，控制浸取剂pH=1，总体积为1L，取三份相同质量黄铜矿粉末分别进行实验，结果如图2：

实验	操作
I	加入足量0.100 molL-1Fe2(SO4)3溶液
II	加入足量0.100 molL-1Fe2(SO4)3溶液，通入空气
Ⅲ	加入足量0.100 molL-1Fe2(SO4)3溶液，再加入少量 0.000500 molL-1Ag2SO4溶液

①曲线IV是在实验I的基础上改变溶液的pH所得实验结果，请分析pH从2到3，Cu2+浸出率明显下降的原因____________________________(用离子方程式描述)。

②对比实验I、Ⅱ，通入空气，Cu2+浸出率提髙的原因是_________________________。

③由实验Ⅲ推测，在浸取Cu2+过程中Ag+作催化剂，催化原理是：

i . CuFeS2+4Ag+=Fe2++Cu2++2Ag2S

ii.……

写出上述ii的离子方程式_____________________________________________。

为证明该催化原理，进行如下实验：

a.取少量黄铜矿粉末，加入少量0.0005mol·L-lAg2SO4溶液，充分混合后静置。取上层淸液，加入稀盐酸，观察到溶液中_______________________，证明发生反应i

b.取少量Ag2S粉末，加入________________溶液，充分混合后静置。取上层淸液，加入稀盐酸，有白色沉淀，证明发生反应ii

④若实验中样品含铜a mol，则实验I的平衡常数K=_____________（杂质不参与反应，只要求列出计算式，不必算出结果）。

（3）为了进一步研究上述实验Ⅲ结论的可靠性，査得资料Ksp(Ag2S)=6.4×10-50，Ksp(AgCl)=1.8×10-10，试计算，使饱和Ag2S溶液中的Ag+开始转化为AgCl沉淀所需盐酸的最低浓度为____________ mol/L （己知≈2.5）。

Answer 1

【答案】 Fe3++e-=Fe2+ 2Fe3++3H2O2Fe(OH)3+3H+ 通入O2后，Fe2+被氧化为Fe3+， c(Fe2+)降低，c(Fe3+)升高，平衡正向移动 Ag2S+2 Fe3+=2Ag++2 Fe2++ S 无明显现象 Fe2(SO4)3溶液 K= 3.6×106【不可能达到的浓度，侧面说明a的检验方法可行】

【解析】（1）考查电极反应式的书写，正极是得到电子，化合价降低，根据图，Fe3＋在正极上参加反应，电极反应式为Fe3＋＋e－=Fe2＋；（2）考查盐类水解、平衡的移动、化学平衡常数，①浸取剂是Fe2(SO4)3，属于强酸弱碱盐，Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，pH从2到3，溶液中c(H＋)降低，平衡向正反应方向进行，生成Fe(OH)3，c(Fe3＋)降低，平衡向逆反应方向移动，Cu2＋浸取率降低；②Fe2＋以还原性为主，容易被氧气氧化成Fe3＋，溶液中c(Fe3＋)增大，平衡向正反应方向移动，Cu2＋浸取率提高；③因为Ag＋是催化剂，因此反应后仍然生成Ag＋，且Fe3＋参加反应，因此ii的反应是Ag2S＋2Fe3＋=2Ag＋＋2Fe2＋＋S；a、因为加入少量Ag2SO4溶液，反应i，溶液中没有Ag＋存在，因此加入盐酸后，没有沉淀产生，即无现象；b、根据ii的反应，应加入Fe2(SO4)3溶液，混合后静置，取上层清液，加入稀盐酸，有白色沉淀产生，说明反应ii发生；④CuFeS2+4Fe3+ Cu2++5Fe2++2S

起始： a 0.2 0 0

变化：0.98a 4×0.98a 0.98a 5×0.98a

平衡： (0.2－4×0.98a) 0.98a 5×0.98a 根据平衡常数的定义，K= ==；（3）本题考查溶度积的计算，饱和Ag2S溶液中c(Ag＋)= mol·L－1=5×10－17mol·L－1，加入Cl－，AgCl达到饱和，至少需要的c(Cl－)= =3.6×106mol·L－1，因此出现氯化银沉淀，需要盐酸的最低浓度为3.6×106mol·L－1。