Question

以黃銅礦精礦為原料，制取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．采用如圖所示裝置進行電化學浸出實驗。將精選黃銅礦粉加入電解槽的陽極區，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⁺ ，陽極區硫酸鐵的主要作用是                                   。（2）陰極區，電極上開始時有大量氣泡產生，后有紅色固體析出，一段時間后紅色固體溶解。寫出析出紅色固體的反應方程式                        。
（3）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               。
（4）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                       。（5）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                                          。

Answer 1

（1）吸收硫化氫氣體，防止環境污染（表述合理即可得分） （1分）
（2）Cu²⁺+2e^–＝Cu  （2分）  （3）分液漏斗 （1分）
（4）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  （2分）  （5）c(H⁺)＞c(SO₄^2–)＞c(Cu²⁺)＞c(OH^–)  （2分）

試題分析：（1）反應CuFeS₂ + 4H⁺＝Cu²⁺ + Fe²⁺ + 2H₂S↑中有H₂S氣體產生，H₂S有毒屬于大氣污染物。根據反應2Fe³⁺ + H₂S＝2Fe²⁺ + S↓+ 2H⁺ 可知，陽極區硫酸鐵的主要作用是吸收硫化氫氣體，防止環境污染。
（2）電解池中陰極得到電子，發生還原反應。陰極析出紅色固體，說明該紅色固體是銅，因此電極反應式為Cu²⁺+2e^–＝Cu。
（3）有機物不溶于水，分液即可，所以分離有機相和水相的主要實驗儀器是分液漏斗。
（4）加入硫酸，增大溶液中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）200mL0.5 mol/L的CuSO₄溶液中硫酸銅的物質的量＝0.2L×0.5mol/L＝0.1mol，生成銅3.2 g，物質的量＝3.2g÷64g/mol＝0.05mol。這說明反應中硫酸銅還有0.05mol沒有被電解。根據方程式2CuSO₄＋2H₂O2Cu＋2H₂SO₄＋O₂↑可知，溶液中還生成0.05mol硫酸。由于銅離子水解，則溶液中離子濃度大小順序是）c(H⁺)＞c(SO₄^2–)＞c(Cu²⁺)＞c(OH^–)。