Question

（15分）硫酸銅在化工和農(nóng)業(yè)方面有很廣泛的用處，某化學(xué)興趣小組查閱資料，用兩種不同的原料制取硫酸銅。

方式一：一種含銅的礦石（硅孔雀石礦粉），含銅形態(tài)為CuCO3·Cu(OH)2和CuSiO3·2H2O（含有SiO2、FeCO3、Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì)）。以這種礦石為原料制取硫酸銅的工藝流程如下圖：

請回答下列問題：

⑴完成步驟①中稀硫酸與CuSiO3·2H2O發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4 +________+H2O；

⑵步驟②調(diào)節(jié)溶液pH選用的最佳試劑是__________________

A. CuO B. MgO C. FeCO3 D NH3·H2O

⑶有關(guān)氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氫氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
開始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知：當(dāng)溶液pH=4時(shí)，不能完全除去的離子是________。

⑷濾液B通過蒸發(fā)濃縮（設(shè)體積濃縮為原來的一半）、冷卻結(jié)晶可以得到CuSO4·5H2O晶體。某同學(xué)認(rèn)為上述操作會伴有硫酸鋁晶體的析出。請你結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)對該同學(xué)的觀點(diǎn)予以評價(jià)（已知常溫下，Al2(SO4)3 飽和溶液中C(Al3+)=2.25mol·L-1，Ksp[Al(OH)3]=3.2×10-34) ________（填“正確”或“錯(cuò)誤”）。

方式二：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。

（5）黃銅礦粉加入陽極區(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＋

電解過程中，陽極區(qū)Fe3+的濃度基本保持不變，原因是____________________（用電極反應(yīng)式表示）。

（6）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_____________ 。

（7）步驟Ⅳ，若電解0.1mol 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

（15分）（1）H4SiO4 （2分）

（2）A （2分）

（3）Al3+ （2分）

（4）錯(cuò)誤（3分）

（5）Fe2+- e－=Fe3+（2分）

（6）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，Cu2+進(jìn)入水相得以再生 （2分）

（7） c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)（2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，空白處的物質(zhì)是H4SiO4 ；

（2）步驟②調(diào)節(jié)溶液pH的目的是除去鐵離子等雜質(zhì)，所以調(diào)節(jié)pH不能引入新的雜質(zhì)，所以答案選A；（3）pH=4時(shí)鐵離子完全沉淀，但Al3+完全沉淀的pH=5.2，所以當(dāng)溶液pH=4時(shí)，不能完全除去的離子 是 Al3+；

（4））PH=4時(shí)，溶液中的氫氧根離子的濃度為：1×10-10mol/L，此時(shí)氫氧化鋁已沉淀，則溶液中鋁離子濃為：3.2×10-34/(1×10-10)3=3.2×10-4mol/L，濃縮后c（Al3+）=6.4×10-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不會有硫酸鋁晶體析出，所以該同學(xué)的觀點(diǎn)錯(cuò)誤；

（5）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，黃銅礦粉與硫酸及硫酸鐵反應(yīng)生成的亞鐵離子被氧化生成鐵離子，導(dǎo)致陽極區(qū)的鐵離子的濃度基本不變，電極反應(yīng)式為Fe2+- e－=Fe3+；

（6）步驟Ⅲ，向有機(jī)相中加入一定濃度的硫酸，使水相中的氫離子濃度增大，平衡逆向移動，Cu2+進(jìn)入水相得以再生；

（7）電解0.1mol CuSO4溶液，生成銅3.2 g，轉(zhuǎn)移電子0.1mol，陽極氫氧根離子放電，生成0.025mol氧氣的同時(shí)，使溶液中的氫離子增加0.1mol，則溶液中仍存在0.05mol Cu2+，SO42-的物質(zhì)的量不變，仍是0.1mol，所以此時(shí)溶液中離子濃度的大小關(guān)系為c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)。

考點(diǎn)：考查質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，試劑的選擇，電化學(xué)原理的應(yīng)用，化學(xué)平衡的移動，離子濃度的比較