Question

以黃銅礦精礦為原料，制取硫酸銅及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.采用如下裝置進(jìn)行電化學(xué)浸出實(shí)驗(yàn)

將精選黃銅礦粉加入電解槽陽(yáng)極區(qū)，恒速攪拌，使礦粉溶解。在陰極區(qū)通入氧氣，并加入少量催化劑。

Ⅲ.一段時(shí)間后，抽取陰極區(qū)溶液，向其中加入有機(jī)萃取劑(RH)發(fā)生反應(yīng)：2RH(有機(jī)相)＋Cu2＋(水相) R2Cu(有機(jī)相)＋2H＋(水相)

分離出有機(jī)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(yáng)極區(qū)與硫酸及硫酸鐵主要發(fā)生以下反應(yīng)：

CuFeS2＋4H＋=Cu2＋＋Fe2＋＋2H2S

2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋

①陽(yáng)極區(qū)硫酸鐵的主要作用是____________。

②電解過程中，陽(yáng)極區(qū)Fe3＋的濃度基本保持不變，原因是______________________。

（2）陰極區(qū)，電極上開始時(shí)有大量氣泡產(chǎn)生，后有固體析出，一段時(shí)間后固體溶解。寫出上述現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的反應(yīng)式____________________。

（3）若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行步驟Ⅲ，分離有機(jī)相和水相的主要實(shí)驗(yàn)儀器是__________；加入有機(jī)萃取劑的目的是__________。

（4）步驟Ⅲ，向有機(jī)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200 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液，生成銅3.2 g，此時(shí)溶液中離子濃度由大到小的順序是__________。

 

Answer 1

（1）①吸收硫化氫氣體，防止環(huán)境污染

②Fe2＋－e－=Fe3＋

（2）2H＋＋2e－=H2↑、Cu2＋＋2e－=Cu、2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O

（3）分液漏斗　富集Cu2＋、分離Cu2＋與其它金屬陽(yáng)離子

（4）增大H＋濃度，使平衡2RH(有機(jī)相)＋Cu2＋(水相)??R2Cu(有機(jī)相)＋2H＋(水相)逆向移動(dòng)，Cu2＋進(jìn)入水相得以再生

（5）c(H＋)＞c(SO42-)＞c(Cu2＋)＞c(OH－)

【解析】（1）根據(jù)2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋，可判斷Fe2(SO4)3的主要作用是氧化H2S氣體，防止H2S對(duì)環(huán)境的污染，當(dāng)Fe3＋被H2S還原為Fe2＋后，在陽(yáng)極上Fe2＋－e－=Fe3＋，使Fe3＋的濃度基本保持不變。

（2）在陰極上，2H＋＋2e－=H2↑，然后Cu2＋＋2e－=Cu，接著在酸性條件下，Cu被O2氧化成CuO，CuO和H2SO4反應(yīng)生成CuSO4。

（3）有機(jī)相和水相不混溶，所以應(yīng)用分液漏斗分離，由于Cu2＋在有機(jī)相中，所以加入有機(jī)萃取劑可富集Cu2＋。

（4）利用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋。

（5）2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑

0.05 mol 0.05 mol

所以n(H＋)＝0.1 mol

由于Cu2＋的水解，所以n(Cu2＋)＜0.05 mol，n(H＋)＞0.1 mol。

所以c(H＋)＞c(SO42-)＞c(Cu2＋)＞c(OH－)。