Question

【題目】在實驗室模擬工業上以黃銅礦精礦為原料，制取硫酸銅及金屬銅的工藝如下所示：

Ⅰ.將黃銅礦精礦(主要成分為CuFeS2，含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎

Ⅱ.采用如下裝置進行電化學浸出實驗

將精選黃銅礦粉加入電解槽陽極區，恒速攪拌，使礦粉溶解。在陰極區通入氧氣，并加入少量催化劑。

Ⅲ.一段時間后，抽取陰極區溶液，向其中加入有機萃取劑(RH)發生反應：

2RH(有機相)+ Cu2+(水相)R2Cu(有機相)+ 2H+(水相)

分離出有機相，向其中加入一定濃度的硫酸，使Cu2+得以再生。

Ⅳ.電解硫酸銅溶液制得金屬銅。

(1)黃銅礦粉加入陽極區與硫酸及硫酸鐵主要發生以下反應：

CuFeS2+4H+=Cu2++Fe2++2H2S

2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+

① 陽極區硫酸鐵的主要作用是 _____________。

② 電解過程中，陽極區Fe3+的濃度基本保持不變，原因是_____________。(使用化學用語作答)

(2)若在實驗室進行步驟Ⅲ，分離有機相和水相的主要實驗儀器是 _____________；加入有機萃取劑的目的是___________________。

(3)步驟Ⅲ，向有機相中加入一定濃度的硫酸，Cu2+得以再生的原理是 _____________。

(4)步驟Ⅳ，若電解200mL0.5 mol/L的CuSO4溶液，生成銅3.2 g，此時溶液中離子濃度由大到小的順序是 ___________________。(忽略電解前后溶液體積的變化)

Answer 1

【答案】

(1)①吸收硫化氫氣體，防止環境污染；② Fe2+-e-=Fe3+；

(2)分液漏斗；富集Cu2+，分離Cu2+與其他金屬陽離子；

(3)增大H+濃度，使平衡2RH(有機相)+Cu2+(水相)R2Cu(有機相)+2H+(水相)逆向移動，Cu2+進入水相得以再生；

(4)c(H+)＞c(SO42-)＞c(Cu2+)＞c(OH-)；

【解析】

試題分析：(1)①由發生的反應可知，Fe3+氧化吸收硫化氫氣體，防止環境污染，故答案為：吸收硫化氫氣體，防止環境污染；

②Fe3+被還原Fe2+，Fe2+在陽極放電Fe2+-e-=Fe3+，又生成Fe3+，電解過程中，陽極區Fe3+的濃度基本保持不變，故答案為：Fe2+在陽極放電Fe2+-e-=Fe3+，又生成Fe3+；

(2)首先氫離子放電生成氫氣，反應一段時間，銅離子放電生成銅，再通入氧氣的條件下Cu、氧氣、硫酸反應生成硫酸銅，發生的反應依次為：2H++2 e-=H2↑、Cu2++2e-=Cu、2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O，故答案為：2H++2 e-=H2↑、Cu2++2e-=Cu、2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O；

(3)有機相和水相不互溶，分離有機相和水相通常利用分液的方法，使用的儀器為分液漏斗；加入有機萃取劑富集Cu2+，分離Cu2+與其它金屬陽離子；故答案為：分液漏斗；富集Cu2+，分離Cu2+與其它金屬陽離子；

(4)向有機相中加入一定濃度的硫酸，增大H+濃度，使平衡2RH(有機相)+Cu2+(水相) R2Cu(有機相)+2H+(水相)逆向移動，Cu2+進入水相得以再生，故答案為：增大H+濃度，使平衡2RH(有機相)+Cu2+(水相) R2Cu(有機相)+2H+(水相)逆向移動，Cu2+進入水相得以再生；

(5)電解uSO4溶液，發生反應2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑，200mL 0.5mol/L的CuSO4溶液中n(CuSO4)=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，生成銅3.2g，物質的量為=0.05mol，故生成H2SO40.05mol，溶液中CuSO4為0.1mol-0.05mol=0.05mol，電解后的溶液為CuSO4、H2SO4混合溶液，溶液呈酸性，溶液中銅離子水解、水發生電離，故n(H+)＞0.05mol×2=0.1mol，n(SO42-)=0.1mol，n(Cu2+)＜0.05mol，溶液中氫氧根濃度很小，故c(H+)＞c(SO42-)＞c(Cu2+)＞c(OH-)，故答案為：c(H+)＞c(SO42-)＞c(Cu2+)＞c(OH-)。