Question

细菌冶金是一种新工艺，其能耗少、减少环境污染．称为“绿色冶金”．其原理：①氧化硫硫杆菌和聚硫杆菌能把矿石中的硫氧化成硫酸，反应式为2S+3O₂+2H₂O═2H₂SO₄，②氧化亚铁硫杆菌在上面产生的硫酸中能把硫酸亚铁氧化成硫酸铁③细菌得到了所需要的能量，生成的硫酸铁可把FeS₂（黄铁矿）和Cu₂S（辉铜矿）等转变为可溶性化合物而从矿石中溶解出来，其化学过程是：
Fe₂S₂（黄铁矿）+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O═15FeSO₄+8H₂SO₄
Cu₂S（辉铜矿）+2Fe₂（SO₄）₂═2CuSO₄+4FeSO₄+S
（1）写出②反应的化学方程式：______．
（2）某实验小组，欲将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液．经查阅资料得知，在溶液中通过调节溶液的酸碱性而使Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺分别生成沉淀的pH如表2

物质	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀pH	6.0	7.5	1.4
沉淀完全pH	13	14	3.7

实验室有下列试剂可供选择A． H₂O₂　 B．CaO　C．CuO　 D．稀H₂SO₄　 E．铁粉；
实验经过滤后还需设计的实验操作步骤和目的是：

实验步骤	实验操作	实验操作的目的
步骤1	______	______
步骤2	______	______
步骤3	______	______
步骤4	洗涤	______
步骤5	______	得到FeSO4溶液

（3）若向CuSO₄、FeSO₄混合液中加入适量碱液，将溶液蒸干、灼烧得到红色粉末是Fe₂O₃、Cu₂O混合物，欲测定该混合物中Cu₂O的质量分数．该实验小组的方法是向m g混合物中加人足量的稀硫酸，经过滤、洗涤、干燥、称量固体的质量为n g．已知Cu₂O溶于稀硫酸生成Cu和CuSO₄．某学生据此计算出该混合物Cu₂O的质量分数的计算式．该学生的计算是否正确：______，请说明理由______．

Answer 1

解：（1）氧化亚铁中+2价的铁具有还原性，空气中氧气具有氧化性，硫杆菌起催化作用，发生反应4FeSO₄+2H₂SO₄+O₂2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案为：4FeSO₄+2H₂SO₄+O₂2Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
（2）将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液，氢氧化物沉淀完全时的pH=10，当溶液的pH等于3.7时，Fe（OH）₃完全沉淀，pH最小，故应将Fe²⁺先转化为Fe³⁺，在利用增大pH的方法除去溶液中的Fe³⁺，但是所加物质不能增加新的杂质，故第一步氧化剂应是H₂O₂，首先用H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，Fe³⁺只能存在于酸性溶液中，当溶液的pH大于1.4时，Fe³⁺开始水解生成沉淀，当溶液的pH等于3.7时，Fe³⁺已完全水解为沉淀，过滤得到氢氧化铁，通过洗涤除去杂质，向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉，得到FeSO₄溶液，
故答案为：

实验步骤	实验操作	实验操作的目的
步骤1	加入H2O2	把二价铁氧化成三价
步骤2	加入适量氧化铜，调节pH到3.7	保证三价铁完全沉淀
步骤3	过滤	滤出氢氧化铁
步骤4	洗涤沉淀	除去杂质
步骤5	向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉	得到FeSO4溶液

（3）若向CuSO₄、FeSO₄混合液中加入适量碱液，将溶液蒸干、灼烧得到红色粉末是Fe₂O₃、Cu₂O混合物，欲测定该混合物中Cu₂O的质量分数．该实验小组的方法是向m g混合物中加人足量的稀硫酸，发生Cu₂O+H₂SO₄=CuSO₄+Cu+H₂O，生成的铜与Fe³⁺反应，2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；经过滤、洗涤、干燥、称量固体的质量为ng，ng为溶解掉一部分铜后剩余的铜，该混合物Cu₂O的质量分数应大于，所以该计算不正确，
故答案为：不正确；因为该计算没有考虑Cu与Fe³⁺的反应；
分析：（1）氧化亚铁中+2价的铁在空气中被氧气氧化；
（2）根据实验设计的目的和实验操作步骤，将硫酸铜和硫酸亚铁的酸性混合液分离出硫酸亚铁溶液，首先用H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后加入适量氧化铜，调节pH到3.7，保证三价铁完全沉淀，过滤得到氢氧化铁，通过洗涤除去杂质，向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉，得到FeSO₄溶液，据此即可解答．
（3）计算该混合物中Cu₂O的质量分数应考虑2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
点评：本题主要考查了实验方案的设计，注意根据实验原理设计实验方案是解答的关键，平时注意培养应用知识、解决问题的能力，题目难度中等．