Question

【題目】某工業含銅廢料含有 Cu、CuO、CuS、CuSO4 等成分，利用該含銅廢料可生產硝酸銅晶體[Cu(NO3)2·3H2O]，生產的工藝流程如圖所示，請回答下列問題：

(1)“焙燒”過程中除生成 SO2 的反應外，另外一個反應的化學方程式是______。

(2)“酸化”過程為加快反應速率，可采用的措施有______(寫出一條即可)。

(3)若試劑 a 為 Zn，則“置換”的離子方程式為_____。

(4)“淘洗”的作用是_________________。

(5)“反應”一步中使用 20% HNO3 和 10% H2O2，整個過程無紅棕色氣體產生，則發生反應的離子方程式為_______________________________________；若該步驟只使用 20% HNO3，隨著反應的進行，溫度升高，出現大量紅棕色氣體，則還原劑與氧化劑的物質的量之比為_______________。

Answer 1

【答案】2Cu +O22CuO 升高溫度 Cu2+ + Zn ══ Cu + Zn2+ 除去過量的鋅 Cu+ H2O2 + 2H+═ Cu + 2H2O 1 ：2

【解析】

廢料中的銅元素有兩種價態：0價和+2價，而目標產品Cu(NO3)2·3H2O中銅元素顯+2價，過程中應該有氧化還原反應發生，廢料中硫元素等雜質要除去。由流程圖分析，將廢料“焙燒”時Cu和CuS將被O2氧化生成固體CuO和氣體SO2。用H2SO4“酸化”有發生反應CuO+H2SO4=CuSO4+H2O，所以酸化得到的溶液主要是CuSO4溶液。加入“過量試劑a”的目的是通過“置換”反應得到單質銅，試劑a應選擇比銅活潑的金屬單質。“置換”后“過濾”所得固體是銅單質（含有過量的鋅），“淘洗”目的就是除去過量的金屬鋅。“反應”步驟中金屬銅溶解在20%HNO3和10%H2O2溶液中，得到Cu(NO3)2溶液，最后經一系列操作得到目標產品[Cu(NO3)2·3H2O]。

(1)廢料中Cu和CuS在“焙燒”過程中與O2反應，CuS將轉化為CuO和SO2，所以另外一個反應的化學方程式為2Cu+O22CuO。

(2)“焙燒”后的固體用硫酸酸化，根據影響化學反應速率的外界因素可知，加快反應速率的措施有：①升高溫度；②在一定范圍內增大硫酸的濃度；③將“焙燒”后的固體粉碎。（任選一條回答即可）

(3)Zn比Cu活潑，能夠將溶液中的Cu2+置換，其離子方程式為Cu2++Zn=Cu+Zn2+。

(4)在“置換”步驟中加入了過量的鋅，得到的固體銅中含有鋅，為了不影響產品的純度必須除去鋅，所以“淘洗”的作用就是除去過量的鋅。

(5)從目標產物看，“反應”步驟應該是將單質銅轉化為Cu(NO3)2的過程，銅元素被氧化，而“整個過程無紅棕色氣體產生”說明氧化劑不是HNO3，可推知該過程作為氧化劑的物質應是H2O2，所以發生反應的離子方程式為：Cu+H2O2+2H+═ Cu+2H2O。若該步驟只使用20% HNO3且出現大量紅棕色氣體，可推知該過程起氧化劑作用的是HNO3，還原產物是紅棕色的NO2氣體，化學反應方程式為Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，因4molHNO3中只有2molHNO3起氧化劑作用，所以還原劑（Cu）與氧化劑（HNO3）物質的量之比為1:2。