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(2009?大连一模)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(SO43+8H2O═15FeSO4+8H2SO4
Cu2S(辉铜矿)+2Fe2(SO42═2CuSO4+4FeSO4+S
(1)写出②反应的化学方程式:
4FeSO4+2H2SO4+O2
 硫杆菌 
.
 
2Fe2(SO43+2H2O
4FeSO4+2H2SO4+O2
 硫杆菌 
.
 
2Fe2(SO43+2H2O

(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
加入H2O2
加入H2O2
把二价铁氧化成三价
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
加入适量氧化铜,调节pH到3.7
保证三价铁完全沉淀
保证三价铁完全沉淀
步骤3
过滤
过滤
滤出氢氧化铁
滤出氢氧化铁
步骤4 洗涤
除去杂质
除去杂质
步骤5
向沉淀中加入适量稀硫酸和适量铁粉
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混合物中加入足量的稀硫酸,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
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×100%
.该学生的计算是否正确:
不正确
不正确
,请说明理由
因为该计算没有考虑Cu与Fe3+的反应
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+
解答: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+O2
 硫杆菌 
.
 
2Fe2(SO43+2H2O,
故答案为:4FeSO4+2H2SO4+O2
 硫杆菌 
.
 
2Fe2(SO43+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混合物中加入足量的稀硫酸,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
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×100%
,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;
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.
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