Question

用黃銅礦煉銅按反應(yīng)物和生成物總反應(yīng)可以寫成：

CuFeS₂+SiO₂+O₂Cu+FeSiO₃+SO₂

事實(shí)上冶煉反應(yīng)是分步進(jìn)行的：a.黃銅礦在氧氣作用下生成硫化亞銅和硫化亞鐵；b.硫化亞鐵在氧氣作用下生成氧化亞鐵，并與二氧化硅反應(yīng)生成礦渣；c.硫化亞銅與氧氣反應(yīng)生成氧化亞銅；d.硫化亞銅與氧化亞銅反應(yīng)生成銅。

（1）完成總反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）據(jù)最新報(bào)道，有一種細(xì)菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽，反應(yīng)是在酸性溶液中發(fā)生的。試寫出并配平該化學(xué)方程式。

（3）最近我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)，以精CuFeS₂礦為原料在沸騰爐中和O₂（空氣）反應(yīng)，生成物冷卻后經(jīng)溶解、除鐵、結(jié)晶，得到CuSO₄·5H₂O，成本降低了許多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

沸騰爐溫度/℃	560	580	600	620	640	660
水溶性Cu/%	90.12	91.24	93.50	92.38	89.96	84.23
酸溶性Cu/%	92.00	93.60	97.08	97.82	98.16	98.19

完成如下問題：

①CuFeS₂和O₂主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________。

②實(shí)際生產(chǎn)過程中沸騰爐溫度為600—620 ℃。控制反應(yīng)溫度的方法是_____________。

③溫度高于600—620 ℃時(shí)，生成物中水溶性銅下降的原因是_________________________。

Answer 1

（1）2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂====2Cu+2FeSiO₃+4SO₂

（2）4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂====4CuSO₄+2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

（3）①4CuFeS₂+15O₂====4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂

②控制加入CuFeS₂的速度，因CuFeS₂與O₂反應(yīng)放熱

解析：（1）假設(shè)鐵是+2價(jià)的，銅也是+2價(jià)的，硫是-2價(jià)的，這樣，鐵在反應(yīng)后價(jià)態(tài)不變。其原因是氧化還原反應(yīng)中的電子得失總數(shù)是一定的。

2CuFeS₂+2SiO₂+5O₂====2Cu+2FeSiO₃+4SO₂

（2）根據(jù)給出的信息，不難得出這樣的結(jié)論：反應(yīng)得到的溶液由CuSO₄和Fe₂(SO₄)₃組成。因?yàn)橛醒鯕鈪⒓臃磻?yīng)，銅和鐵均應(yīng)生成水溶液中的穩(wěn)定高價(jià)。這個(gè)反應(yīng)的關(guān)鍵是產(chǎn)物里要添加硫酸根。

4CuFeS₂+2H₂SO₄+17O₂====4CuSO₄+2Fe₂(SO₄)₃+2H₂O

（3）此問關(guān)鍵是理解水溶性銅和酸溶性銅，水溶性銅指硫酸銅，酸溶性銅應(yīng)包括銅的氧化物和水溶性銅。酸溶性銅隨溫度升高一直保持增大，說明一部分硫酸銅發(fā)生了分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銅的氧化物，且溫度越高分解越多。因此答案為①4CuFeS₂+15O₂====4CuSO₄+2Fe₂O₃+4SO₂;②控制加入CuFeS₂的速度，因CuFeS₂與O₂反應(yīng)放熱；③CuSO₄CuO+SO₃。