Question

【題目】銅礬(主要成分 CuSO4·5H2O)是一種可用于食品添加的銅強化劑。現(xiàn)以某硫鐵礦渣(含有 CuSO4、CuSO3、Cu2O及少量難溶于酸的Cu2S、CuS)制備銅礬的工藝過程如下：

(1)“1%硫酸酸浸”時，固液質量比為1:3并進行4～6次浸取，其目的是_________；

(2)“濾餅”中含有Cu，其中Cu在“反應1”中溶解的離子方程式為________；“廢渣1”中只含有S單質，則“反應1”中Cu2S與Fe2(SO4)3反應的物質的量之比為_______。

(3)“反應2”中通入空氣的目的是_______；結合離子方程式，說明“反應3”加入石灰石的作用________。

(4)為了提高硫鐵礦渣的利用率和產品的產率，在“濃縮”前進行的必要操作是_____；分析下列溶解度信息，最適宜的結晶方式為_________。

t/℃	0	10	20	30	40	60	80
CuSO4·5H2O/(g/100g H2O)	23.1	27.5	32.0	37.8	44.6	61.8	83.8

(5)將銅礬、生石灰、水按質量比依次為1.0:0.56:100混合配制無機銅殺菌劑波爾多液，其有效成分為CuSO4·xCu(OH)2·yCa(OH)2。當x=1時，試確定y的值為____。

Answer 1

【答案】提高對固體礦渣的浸取率 Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+ 1:2 將Fe2+氧化為Fe3+ Fe3++3H2OFe(OH)+3H+，加入CaCO3消耗H+，使上述反應正向移動，有利于Fe(OH)3沉淀 將濾液并入 降溫結晶 4

【解析】

硫鐵礦渣加1%稀硫酸進行酸浸，CuSO3、Cu2O分別與稀硫酸反應，CuSO3+H2SO4=CuSO4+SO2↑+H2O、Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O，過濾后濾液中含有CuSO4，濾餅中有難溶于酸的Cu2S、CuS和酸浸時生成的Cu，加入熱Fe2(SO4)3發(fā)生氧化還原反應，反應后銅變?yōu)?/span>Cu2+、硫離子被氧化為硫單質經過濾除去，Fe3+被還原為Fe2+，通入空氣將Fe2+氧化為Fe3+，然后加入石灰石調節(jié)溶液的pH，將Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀過濾除去，將濾液與第一次過濾后的濾液混合，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，得到銅礬，根據以上分析解答。

（1）“1%硫酸酸浸”時，由于硫酸濃度較小，為了提高固體礦渣的浸取率，可增加硫酸的體積和浸取的次數(shù)，故采取固液質量比為1:3并進行4～6次浸取的工藝，答案為：為了提高固體礦渣的浸取率。

（2）濾餅中的Cu可以與熱Fe2(SO4)3發(fā)生氧化還原反應，Fe3+被還原為Fe2+，Cu被氧化為Cu2+，根據得失電子守恒、電荷花守恒，該反應的離子方程式為：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+；“廢渣1”中只含有S單質，“反應1”中Cu2S與Fe2(SO4)3反應時，Cu由+1價變?yōu)?2價，S由-2價變?yōu)?/span>0價，Fe由+3價變?yōu)?2價，1molCu2S共失去12+2=4mol電子，1mol Fe2(SO4)3得到12=2 mol電子，根據得失電子守恒可知，Cu2S與Fe2(SO4)3反應時的物質的量之比為1：2，答案為：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+；1：2；

（3）在化工生產中，通常先把Fe2+氧化為Fe3+，然后再調節(jié)溶液的pH，將Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀除去，所以“反應2”中通入空氣的目的是將Fe2+氧化為Fe3+，由于Fe3+ 發(fā)生水解反應Fe3++3H2OFe(OH)+3H+ ，“反應3”加入CaCO3消耗H+，使上述反應正向移動，有利于Fe(OH)3沉淀生成，答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；加入CaCO3消耗H+，使上述反應正向移動，有利于Fe(OH)3沉淀；

（4）由分析可知酸浸后過濾得到的濾液中含有一定量的CuSO4，為了提高硫鐵礦渣的利用率和產品的產率，在“濃縮”前將此濾液并入，由表中數(shù)據可知，銅礬的溶解度隨溫度的升高而增大，因此可對濾液進行蒸發(fā)濃縮、降溫結晶，從而得到銅礬晶體，答案為：將濾液并入；降溫結晶；

（5）將銅礬、生石灰的質量比1.0：0.56，其物質的量之比=：=2：5，根據原子守恒可知Cu2+離子和Ca2+離子的物質的量之比為2：5，將銅礬、生石灰、水按質量比依次為1.0:0.56:100混合配制無機銅殺菌劑波爾多液，硫酸銅和氫氧化鈣反應生成氫氧化銅和硫酸鈣的方程式為：CuSO4+Ca(OH)2=Cu(OH)2+CaSO4，波爾多液有效成分為CuSO4·xCu(OH)2·yCa(OH)2，當x=1時，Ca(OH)2與Cu(OH)2物質的量之比為1：1，根據Ca原子守恒可知，剩余Ca(OH)2的量為5-1=4，即參加反應的Ca(OH)2與剩余Ca(OH)2的物質的量之比為1：4，答案為：4。