Question

高純銅（Cu%=99.99%）廣泛應用于電器工業(yè)，某粗銅樣品中含Fe．Ni．Ag．Au等雜質，用電解法進行精煉．
（1）請在如圖1電解裝置圖中標明電極材料和電解質溶液

（2）電解完畢后，某興趣小組欲對電解液中的離子進行分離，他們通過查閱資料，得知相關氫氧化物在不同pH下的溶解度曲線（如圖2）．
①結合圖分析，相同溫度下K_sp[Cu（OH）₂]．K_sp[Ni（OH）₂]．K_sp[Fe（OH）₂]由大到小的順序為

 

．
②pH=3時溶液中銅元素的主要存在形式是：

 

（寫化學式）
③若要除去CuCl₂溶液中的少量Fe³⁺，應該控制溶液的pH為

 

（填字母）
A．＜1              B．2.4～4.5        C．＞6
④在Ni（NO₃）₂溶液中含有少量的Co²⁺雜質，

 

（能．不能）通過調節(jié)溶液pH的方法來除去，理由是

 

⑤乙同學設計了如圖3操作步驟，順利完成了溶液中的三種金屬元素的分離．該方案中試劑X為

 

，n=

 

，沉淀b的化學式為

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質,電解原理

專題：實驗設計題

分析：（1）電解精煉時，粗銅作陽極，純銅作陰極，含有銅離子的溶液作電解質溶液；
（2）①根據形成沉淀時溶液中氫氧根離子的濃度即PH判斷，PH越小，則Ksp越小；
②根據圖象判斷銅元素的主要存在形式；
③若要除去CuCl₂溶液中的少量Fe³⁺，應該把Fe³⁺轉化為沉淀，而銅離子不能沉淀；
④當調節(jié)PH時，Ni²⁺和Co²⁺都會轉化為沉淀；
⑤先把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在調節(jié)PH除去，當PH=6時，銅離子完全沉淀，Ni²⁺和Co²⁺不沉淀．

解答： 解：（1）用電解精煉銅時，粗銅在陽極，陰極為精銅，可用可溶解性銅鹽溶液，如硫酸銅等，電解裝置圖為：；
故答案為：；
（2）①形成沉淀時溶液中氫氧根離子的濃度越小，即PH越小時，Ksp越小，由圖可知，相同溫度下K_sp[Cu（OH）₂]、K_sp[Ni（OH）₂]、K_sp[Fe（OH）₂]由大到小的順序為：K_sp[Fe （OH）₂]＞K_sp[Ni（OH）₂]＞K_sp[Cu（OH）₂]；
故答案為：K_sp[Fe （OH）₂]＞K_sp[Ni（OH）₂]＞K_sp[Cu（OH）₂]；
②Cu²⁺在pH=4.5左右很易溶解，顯然pH=3時溶液中銅元素的主要存在形式是Cu²⁺，
故答案為：Cu²⁺；
③由圖可知Fe³⁺在pH=2.5左右沉淀完全，Cu²⁺在pH=4.5左右很易溶解，要除去CuC1₂溶液中的少量Fe³⁺，應控制溶液的pH在2.5～4.5較合適，故選B；故答案為：B；
④Ni²⁺和Co²⁺幾乎有相同的S-pH圖，當調節(jié)PH時，二者會同時轉化為沉淀，因此不能通過調節(jié)溶液pH的方法來除去Ni（ NO₃）₂溶液中含有少量的Co²⁺雜質；
故答案為：因Ni²⁺和Co²⁺幾乎有相同的S-pH圖，因此不能通過調節(jié)溶液pH的方法來除去Ni（ NO₃）₂溶液中含有少量的Co²⁺雜質；
⑤為了不引入新雜質，先加入氧化劑把Fe²⁺氧化成Fe³⁺時，可采用H₂O₂或Cl₂等氧化劑；由氫氧化物的溶解度與pH關系圖，n=2.7～4.5的合理范圍時Fe³⁺轉化為沉淀，而其他金屬離子不沉淀；當PH=6時，銅離子完全沉淀，Ni²⁺和Co²⁺不沉淀，所以最后得到沉淀b的化學式為Cu（OH）₂；
故答案為：H₂O₂；2.7～4.5；Cu（OH）₂．

點評：本題考查了電解原理的應用、沉淀的生成及離子的分離提純，題目涉及的內容較多，題目難度中等，注意對難溶氫氧化物的S-pH圖的分析應用是解題的關鍵．