Question

【題目】實(shí)驗(yàn)室從廢電路板粉碎金屬料(主要含金屬Cu，還含少量Zn、Fe、Pb等金屬)中回收銅，其實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：一定pH范圍內(nèi)，Cu2+、Zn2+等能與氨形成配離子。

(1)“氨浸”在題圖-1所示的裝置中進(jìn)行。

①鼓入空氣，金屬Cu可被氧化生成[Cu(NH3)4] 2+，其離子方程式為________；

②空氣流量過(guò)大，會(huì)降低Cu元素的浸出率，其原因是_____________。

③“氨浸”時(shí)向氨水中加入一定量(NH4)2SO4固體，有利于Cu2+轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)4]2+，其原因是_________。

(2)洗滌濾渣所得的濾液與“過(guò)濾”所得濾液合并的目的是________________。

(3)濾液中主要陽(yáng)離子為[Cu(NH3)4]2+、NH，還含有一定量的[Zn(NH3)4]2+。其中銅氨配離子的離解反應(yīng)可表示為：[Cu(NH3)4]2+(aq) Cu2+(aq) +4NH3(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為________；某有機(jī)溶劑HR可高效萃取離解出的Cu2+(實(shí)現(xiàn)Cu2+與Zn2+的有效分離)，其原理為(org表示有機(jī)相)：Cu2+(aq) + 2HR(org) CuR2(org) + 2H+(org)；再向有機(jī)相中加入稀硫酸，反萃取得到CuSO4溶液。

結(jié)合題圖-2和題圖-3，補(bǔ)充完整以濾液為原料，制取較純凈CuSO4·5H2O晶體的實(shí)驗(yàn)方案：_______，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌干燥。(實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：有機(jī)溶劑HR、2mol·L1硫酸、3mol·L1硫酸)。

Answer 1

【答案】2Cu + 8NH3 ·H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4] 2＋ + 4OH－+ 6H2O 空氣流量過(guò)大，氨的揮發(fā)量增多，銅的浸出率減小 增加NH 的濃度，會(huì)抑制NH3 ·H2O的電離平衡，增大溶液中NH3·H2O濃度 提高銅元素的利用率 將濾液和有機(jī)溶劑HR按體積比1∶1混合，充分振蕩，靜置分層。分液，取有機(jī)相，加入適量2 mol·L－1硫酸，充分振蕩，靜置分層。分液，取水相

【解析】

金屬料(主要含金屬Cu，還含少量Zn、Fe、Pb等金屬)加入氨水同時(shí)通入空氣進(jìn)行氨浸，Cu、Zn被氧化后和氨水形成配合物溶于水中，過(guò)濾除去Fe、Pb等金屬；得到的濾液中主要陽(yáng)離子為[Cu(NH3)4]2+、NH，還含有一定量的[Zn(NH3)4]2+；之后利用有機(jī)溶劑HR萃取Cu2+，萃取后再向有機(jī)相中加入稀硫酸，反萃取得到CuSO4溶液，之后經(jīng)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌干燥得到硫酸銅晶體。

(1)①鼓入空氣，金屬Cu可被氧化生成[Cu(NH3)4] 2+，氧化劑應(yīng)為氧氣，結(jié)合電子守恒和元素守恒可得離子方程式為2Cu + 8NH3 ·H2O + O2= 2[Cu(NH3)4] 2＋ + 4OH－+ 6H2O；

②空氣流量過(guò)大，氨的揮發(fā)量增多，導(dǎo)致銅的浸出率減��；

③“氨浸”時(shí)向氨水中加入一定量(NH4)2SO4固體，可增加NH 的濃度，會(huì)抑制NH3 ·H2O的電離平衡，增大溶液中NH3·H2O濃度，有利于Cu2+轉(zhuǎn)化為[Cu(NH3)4]2+；

(2)洗滌濾渣所得的濾液中含有銅元素，洗滌濾渣所得的濾液與“過(guò)濾”所得濾液合并可提高銅元素的利用率；

(3)銅氨配離子的離解反應(yīng)可表示為：[Cu(NH3)4]2+(aq) Cu2+(aq) +4NH3(aq)，其平衡常數(shù)表達(dá)式為；

據(jù)圖可知當(dāng)有機(jī)相和水相體積比為1:1時(shí)，銅的浸取率已經(jīng)很高，繼續(xù)增大有機(jī)相的體積浸取率有所下降，所以萃取時(shí)有機(jī)相和水相體積比取1:1；據(jù)圖可知當(dāng)硫酸的濃度為2mol/L和3mol/L時(shí)反萃取率相差不大，但濃度過(guò)大會(huì)造成硫酸的浪費(fèi)，所以反萃取時(shí)硫酸的濃度選2mol/L，具體操作為：將濾液和有機(jī)溶劑HR按體積比1∶1混合，充分振蕩，靜置分層。分液，取有機(jī)相，加入適量2 mol·L－1硫酸，充分振蕩，靜置分層。分液，取水相，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌干燥。