Question

（15分）銀銅合金廣泛用于航空工業(yè)。從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)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(yīng)式為 ；濾渣A與稀HNO3反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體在空氣中迅速變?yōu)榧t棕色，該氣體變色的化學(xué)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(yīng)的離子方程式為 。

（3）完成煅燒過程中一個反應(yīng)的化學(xué)方程式： CuO+ Al2O3 CuAlO2 + ↑。

（4）若銀銅合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.5%，理論上5.0kg廢料中的銅可完全轉(zhuǎn)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(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（2分）

【解析】（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(yīng)式為Ag—e－==Ag+，陰極反應(yīng)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(chǎn)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(xué)式也可以寫為Cu2O?Al2O3，相當(dāng)于氧化亞銅和氧化鋁按物質(zhì)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(zhì)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(fā)生的反應(yīng)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(fā)生的反應(yīng)為2Al(OH)3 Al2O3+3H2O、4CuO 2Cu2O+O2↑；氫氧化鋁是兩性氫氧化物，NaOH是強(qiáng)堿，若強(qiáng)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(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的減少；（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)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(yīng)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(jù)化合價升降法配平可得：4CuO+2Al2O34CuAlO2+O2↑（或者根據(jù)設(shè)1法配平，先設(shè)反應(yīng)物中氧化鋁的系數(shù)為1，根據(jù)鋁守恒可得生成物CuAlO2的系數(shù)為2，根據(jù)銅守恒可得反應(yīng)物CuO的系數(shù)為2，根據(jù)氧守恒可得氧氣的系數(shù)為1/2，即2CuO+1Al2O32CuAlO2+1/2O2↑，系數(shù)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(zhì)量為5.0×103g×63.5%，銅元素的相對原子質(zhì)量為63.5，由m/M=n可求銅的物質(zhì)的量為5.0×103g×63.5%÷63.5g/mol=50mol，根據(jù)銅守恒可得轉(zhuǎn)化關(guān)系式：Cu～CuAlO2，其中CuAlO2與Cu的物質(zhì)的量之比等于系數(shù)之比，則銅完全轉(zhuǎn)化可以變?yōu)?0mol CuAlO2；根據(jù)鋁守恒可得轉(zhuǎn)化關(guān)系式：Al2(SO4)3～2CuAlO2，其中Al2(SO4)3與CuAlO2的物質(zhì)的量之比等于系數(shù)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(xué)式為CuSO4?5H2O，是硫酸銅溶液結(jié)晶析出的結(jié)晶水化合物，根據(jù)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(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌和干燥。

【學(xué)科網(wǎng)考點定位】本題以從切割廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝為背景，結(jié)合給出的工藝流程圖進(jìn)行設(shè)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(zhì)的掌握，對常見化學(xué)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(shù)據(jù)的應(yīng)用等，并以此達(dá)到考查考生應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決化學(xué)問題的能力；通過設(shè)計的工藝流程圖設(shè)問，著重考查考生對Ag、Cu、Al、N等元素的相關(guān)化合物性質(zhì)的掌握程度；考查考生對物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度等概念的了解；考查考生對質(zhì)量守恒定律的了解；考查考生根據(jù)物質(zhì)的量、質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度之間的相互關(guān)系進(jìn)行有關(guān)計算的能力；考查考生對蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等基本實驗操作的掌握。