我国产铜主要取自黄铜矿(CuFeS2),随着矿石品位的降低和环保要求的提高,湿法炼铜的优势日益突出。该工艺的核...
问题详情:
我国产铜主要取自黄铜矿(CuFeS2),随着矿石品位的降低和环保要求的提高,湿法炼铜的优势日益突出。该工艺的核心是黄铜矿的浸出,目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三种方法。
Ⅰ.氧化浸出
(1)在硫*介质中用双氧水将黄铜矿氧化,测得有SO生成。
①该反应的离子方程式为______________________________________________。
②该反应在25~50 ℃下进行,实际生产中双氧水的消耗量要远远高于理论值,试分析其原因:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.配位浸出
反应原理为CuFeS2+NH3·H2O+O2+OH-—→[Cu(NH3)4]2++Fe2O3+SO+H2O(未配平)。
(2)为提高黄铜矿的浸出率,可采取的措施有________________________(至少写出两点)。
(3)为稳定浸出液的pH,生产中需要向氨水中添加NH4Cl,构成NH3·H2ONH4Cl缓冲溶液。某小组在实验室对该缓冲体系进行了研究:25 ℃时,向a mol·L-1的氨水中缓慢加入等体积0.02 mol·L-1的NH4Cl溶液,平衡时溶液呈中*。则NH3·H2O的电离常数Kb=________(用含a的代数式表示);滴加NH4Cl溶液的过程中水的电离平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
Ⅲ.生物浸出
在反应釜中加入黄铜矿、硫*铁、硫*和微生物,并鼓入空气,黄铜矿逐渐溶解,反应釜中各物质的转化关系如图所示。
(4)在微生物的作用下,可以循环使用的物质有______(填化学式),微生物参与的离子反应方程式为____________________________________________(任写一个)。
(5)假如黄铜矿中的铁元素最终全部转化为Fe3+,当有2 mol SO生成时,理论上消耗O2的物质的量为________。
【回答】
解析:(1)①在硫*介质中用双氧水将黄铜矿(CuFeS2)氧化生成SO,由于H2O2具有强氧化*,该过程中Fe2+、S2-均被氧化,据此可得CuFeS2+H2O2+H+—→Cu2++Fe3++SO+H2O,结合得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒配平该离子方程式。
②H2O2不稳定,受热易分解,且反应产物Cu2+、Fe3+催化H2O2的分解,故实际生产中双氧水的消耗量远高于理论值。
(2)提高黄铜矿的浸出率,即增大反应CuFeS2+NH3·H2O+O2+OH-—→[Cu(NH3)4]2++Fe2O3+SO+H2O向右进行的程度,可通过增大氨水的浓度、增大O2的压强、分离浸出液、减少[Cu(NH3)4]2+、SO的浓度等措施来实现。
(3)a mol·L-1氨水中加入等体积0.02 mol·L-1 NH4Cl溶液,平衡时溶液呈中*,此时溶液中c(OH-)=c(H+)=1×10-7 mol·L-1,c(NH3·H2O)≈ mol·L-1,c(NH)≈0.01 mol·L-1。NH3·H2O的电离常数Kb===。滴加NH4Cl溶液的过程中,NH的增加抑制氨水的电离,则氨水对水的电离抑制程度减小,故水的电离平衡正向移动。
(4)由反应釜中各物质的转化关系图可知,Fe3+被还原为Fe2+,后在微生物作用下被O2氧化为Fe3+;S8在微生物作用下,与O2和H2O反应生成H2SO4,而H2SO4又可重新进入反应釜参与反应,故可以循环使用的物质为Fe2(SO4)3、H2SO4。
(5)由图中转化关系可知,黄铜矿(CuFeS2)被O2氧化生成Fe3+、SO,生成2 mol SO的同时,生成1 mol Fe3+,失电子的总物质的量为1 mol+2×8 mol=17 mol,根据得失电子守恒可知,消耗O2的物质的量为17 mol×=4.25 mol。
*:(1)①2CuFeS2+17H2O2+2H+===2Cu2++2Fe3++4SO+18H2O
②H2O2受热分解;产物Cu2+、Fe3+催化H2O2分解等(答出一点即可)
(2)提高氨水的浓度、提高氧压(其他合理*也可)
(3) 正向
(4)Fe2(SO4)3、H2SO4(或Fe3+、H+)
4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O(或S8+12O2+8H2O8SO+16H+)
(5)4.25 mol
知识点:金属元素的单质及其化合物
题型:综合题