Question

（15分）銀銅合金廣泛用于航空工業。從切割廢料中回收銀并制備銅化工產品的工藝如下：

（注：Al(OH)₃和Cu(OH)₂開始分解的溫度分別為450℃和80℃）
（1）電解精煉銀時，陰極反應式為            ；濾渣A與稀HNO₃反應，產生的氣體在空氣中迅速變為紅棕色，該氣體變色的化學方程式為                      。
（2）固體混合物B的組成為       ；在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH過量，則因過量引起的反應的離子方程式為                。
（3）完成煅燒過程中一個反應的化學方程式： CuO+  Al₂O₃  CuAlO₂ +  ↑。
（4）若銀銅合金中銅的質量分數為63.5%，理論上5.0kg廢料中的銅可完全轉化為    mol CuAlO₂，至少需要1.0mol?L^—1的Al₂(SO₄)₃溶液       L。
（5）CuSO₄溶液也可用于制備膽礬，其基本操作是          、過濾、洗滌和干燥。

Answer 1

（1）Ag⁺+e^－==Ag（1分）    2NO+O₂==2NO₂（2分）
（2）CuO和Al(OH)₃（2分）    Al(OH)₃+OH^－==AlO₂^－+2H₂O或Al(OH)₃+OH^－==[Al(OH)₄]^－（2分）
（3）4 CuO+2 Al₂O₃4 CuAlO₂ +O₂↑（2分）
（4）50（2分）    25（2分）
（5）蒸發濃縮、冷卻結晶（2分）

（1）電解精煉銅時，純銅作陰極，粗銅作陽極，硫酸銅溶液作電解液，電解精煉銀與此類似，則純銀作陰極，粗銀作陽極，硝酸銀溶液作電解液，陽極主要反應式為Ag—e^－==Ag⁺，陰極反應式為Ag⁺+e^－==Ag；銀是金屬活動順序表中氫后金屬，不溶于稀硫酸，因為稀硫酸是非氧化性酸，則濾渣A的主要成分是Ag，稀硝酸是氧化性酸，能溶解銀、產生無色氣體，即3Ag+4HNO₃(稀)===3AgNO₃+NO↑+2H₂O，無色的一氧化氮氣體在空氣迅速被氧化為紅棕色的二氧化氮氣體，即2NO+O₂==2NO₂；（2）CuAlO₂中氧為—2價，鋁為+3價，則銅為+1價，因此其化學式也可以寫為Cu₂O?Al₂O₃，相當于氧化亞銅和氧化鋁按物質的量之比為1∶1熔合在一起，由此逆推，固體B的主要成分是物質的量之比為1∶1的Al(OH)₃和CuO，因為Cu(OH)₂開始分解的溫度為80℃，水的沸點大于80℃，則煮沸前后發生的反應為Al³⁺+3OH^－==Al(OH)₃↓、Cu²⁺+2OH^－==Cu(OH)₂↓、Cu(OH)₂CuO+H₂O，由于Al(OH)₃開始分解的溫度為450℃，在惰性氣體中煅燒時發生的反應為2Al(OH)₃ Al₂O₃+3H₂O、4CuO 2Cu₂O+O₂↑；氫氧化鋁是兩性氫氧化物，NaOH是強堿，若強堿溶液過量，則過量的NaOH能溶解部分或全部氫氧化鋁，其離子方程式為Al(OH)₃+OH^－==AlO₂^－+2H₂O或Al(OH)₃+OH^－==[Al(OH)₄]^－，這將導致目標產物產量的減少；（3）根據氧化還原反應的特征推斷，銅元素由+2價降為+1價，鋁元素化合價不變，由此推斷反應前后升價元素一定是氧，且化合價由—2價升為相鄰的0價，即缺少的生成物為氧氣；根據化合價升降法配平可得：4CuO+2Al₂O₃4CuAlO₂+O₂↑（或者根據設1法配平，先設反應物中氧化鋁的系數為1，根據鋁守恒可得生成物CuAlO₂的系數為2，根據銅守恒可得反應物CuO的系數為2，根據氧守恒可得氧氣的系數為1/2，即2CuO+1Al₂O₃2CuAlO₂+1/2O₂↑，系數加倍后即可得到4CuO+2Al₂O₃4CuAlO₂+O₂↑）；（4）5.0kg=5.0×10³g，銀銅合金廢料中銅的質量為5.0×10³g×63.5%，銅元素的相對原子質量為63.5，由m/M=n可求銅的物質的量為5.0×10³g×63.5%÷63.5g/mol=50mol，根據銅守恒可得轉化關系式：Cu～CuAlO₂，其中CuAlO₂與Cu的物質的量之比等于系數之比，則銅完全轉化可以變為50mol CuAlO₂；根據鋁守恒可得轉化關系式：Al₂(SO₄)₃～2CuAlO₂，其中Al₂(SO₄)₃與CuAlO₂的物質的量之比等于系數之比，則至少需要25mol Al₂(SO₄)₃；由V=n/c可求至少需要硫酸鋁溶液的體積為25mol÷1.0mol/L=25L；（5）膽礬的化學式為CuSO₄?5H₂O，是硫酸銅溶液結晶析出的結晶水化合物，根據混合物分離和提純的方法推斷，從硫酸銅溶液中得到膽礬的基本操作是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌和干燥。
本題以從切割廢料中回收銀并制備銅化工產品的工藝為背景，結合給出的工藝流程圖進行設問，主要考查了考生對常見金屬、非金屬元素及其化合物的主要性質的掌握，對常見化學方程式和離子方程式的書寫，對電解池的組成和電解過程的理解，以及對工藝流程圖的解讀和所提供數據的應用等，并以此達到考查考生應用基礎知識解決化學問題的能力；通過設計的工藝流程圖設問，著重考查考生對Ag、Cu、Al、N等元素的相關化合物性質的掌握程度；考查考生對物質的量、摩爾質量、質量、物質的量濃度等概念的了解；考查考生對質量守恒定律的了解；考查考生根據物質的量、質量、物質的量濃度之間的相互關系進行有關計算的能力；考查考生對蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等基本實驗操作的掌握。