在硫元素系列復習中,金屬硫化物礦石是一類重要的無機化合物,廣泛存在于自然界并具有顯著的工業價值。本部分將系統梳理常見金屬硫化物礦石的性質、冶煉原理及環境問題,助力高三化學總復習。
一、常見金屬硫化物礦石
自然界中許多金屬以硫化物形式存在,主要礦石包括:
- 黃鐵礦(FeS?):又稱“愚人金”,是制取硫酸的重要原料。
- 方鉛礦(PbS):主要鉛礦石,常含銀。
- 閃鋅礦(ZnS):主要鋅礦石,常與方鉛礦共生。
- 輝銅礦(Cu?S):重要銅礦石之一。
- 辰砂(HgS):主要汞礦石,呈鮮紅色。
二、化學性質與冶煉原理
- 焙燒反應:金屬硫化物在空氣中加熱,通常生成金屬氧化物和二氧化硫,這是提取金屬和制酸的關鍵步驟。
- 例如:4FeS? + 11O? → 2Fe?O? + 8SO?(工業制硫酸的基礎反應)
- 還原冶煉:金屬氧化物進一步被碳或一氧化碳還原為單質金屬。
- 直接還原法:部分硫化物可直接用碳還原,如:
- PbS + C → Pb + CS(實際生產中需控制條件)
- 濕法冶金:適用于活潑金屬,如用硫酸浸取ZnS:ZnS + H?SO? → ZnSO? + H?S↑,再電解ZnSO?溶液得鋅。
三、環境問題與治理
- SO?污染:硫化物焙燒產生大量SO?,是酸雨的主要成因。工業上通過氨吸收法(生成(NH?)?SO?)、石灰石-石膏法脫硫。
- 重金屬污染:冶煉廢渣可能含Pb、Hg等重金屬離子,需固化處理防止滲漏。
- 尾氣回收:SO?可催化氧化為SO?制硫酸,實現資源化利用。
四、重要考點歸納
- 書寫硫化物焙燒的化學方程式(注意配平與條件)。
- 結合氧化還原反應分析冶煉過程(判斷化合價變化、氧化劑與還原劑)。
- 工業制硫酸的流程(三個階段:SO?生成、催化氧化、SO?吸收)。
- 環境化學綜合題(如酸雨形成、脫硫原理、廢物處理)。
五、易錯點提示
- 黃鐵礦(FeS?)中鐵為+2價,硫為-1價(過硫離子S?2?),焙燒產物為Fe?O?而非FeO。
- 直接還原法不適用于所有硫化物,需根據金屬活動性選擇冶煉方法。
- 濕法冶金中常涉及離子反應,注意書寫離子方程式。
金屬硫化物礦石的復習需緊扣“性質-冶煉-環境”主線,理解化學反應背后的原理,并注重與工業生產、環境保護的跨學科聯系。通過典型反應式的記憶與辨析,結合工藝流程分析,可有效提升綜合應用能力。