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)在硫酸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，平衡时溶液呈中性。则NH₃·H₂O的电离常数K_b＝________(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、硫酸铁、硫酸和微生物，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Fe^3＋，当有2 mol SO生成时，理论上消耗O₂的物质的量为________。

答案

解析：(1)①在硫酸介质中用双氧水将黄铜矿(CuFeS₂)氧化生成SO，由于H₂O₂具有强氧化性，该过程中Fe^2＋、S^2－均被氧化，据此可得CuFeS₂＋H₂O₂＋H^＋—→Cu^2＋＋Fe^3＋＋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Cu^2＋、Fe^3＋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，平衡时溶液呈中性，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K_b＝＝＝。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，Fe^3＋被还原为Fe^2＋，后在微生物作用下被O₂氧化为Fe^3＋；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Fe^3＋、SO，生成2 mol SO的同时，生成1 mol Fe^3＋，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。

答案：(1)①2CuFeS₂＋17H₂O₂＋2H^＋===2Cu^2＋＋2Fe^3＋＋4SO＋18H₂O

②H₂O₂受热分解；产物Cu^2＋、Fe^3＋催化H₂O₂分解等(答出一点即可)

(2)提高氨水的浓度、提高氧压(其他合理答案也可)

(3)　正向

(4)Fe₂(SO₄)₃、H₂SO₄(或Fe^3＋、H^＋)

4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋4Fe^3＋＋2H₂O(或S₈＋12O₂＋8H₂O8SO＋16H^＋)

(5)4.25 mol