Question

17．銅及其化合物在工業(yè)上有許多用途．回答下列問題：
（1）某工廠以輝銅礦（主要成分為Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質）為原料制備不溶于水的堿式碳酸銅的流程如下：

①浸取反應中氧化劑的化學式為MnO₂；濾渣Ⅰ的成分為MnO₂和S、SiO₂（寫化學式）
②“除鐵”這一步反應在25℃進行，加入的試劑A為CuO、Cu（OH）₂，若加A后溶液的PH調為4，溶液中Fe³⁺離子濃度為4.0×10^-8 mol/L．（已知K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）
③“沉錳”（除Mn²⁺）過程中反應的離子方程式Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O．
④濾液Ⅱ經蒸發(fā)結晶得到的鹽主要是（NH₄）₂SO₄（寫化學式）．
（2）某實驗小組同學用電化學原理模擬濕法煉銅，進行了一系列探究活動．
①如圖1為某實驗小組設計的原電池裝置，鹽橋內裝載的是足量用飽和氯化鉀溶液浸泡的瓊脂，反應前電極質量相等，一段時間后，兩電極質量相差25.8g，則導線中通過了0.4mol電子，若不考慮甲、乙兩池電解質溶液中的離子向鹽橋中移動，則乙池電解質溶液的質量與實驗前的電解質溶液的質量差△m=12.8g

②其他條件不變，若將鹽橋換成光亮的U形彎銅絲浸入甲池與乙池，如圖2所示，電流計指針偏轉方向與先前一樣，但偏轉角度明顯減小．一段時間后，乙池石墨棒浸入液面以下部分也析出了一層紫紅色固體，則甲池銅絲附近溶液的pH增大（填“減小”、“增大”或“不變”），乙池中石墨為陰極（填“正”、“負”、“陰”或“陽”）

Answer 1

分析 輝銅礦主要成分為Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質，加入稀硫酸和二氧化錳浸取，過濾得到濾渣為MnO₂、SiO₂、單質S，濾液中含有Fe³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺，調節(jié)溶液PH除去鐵離子，加入碳酸氫銨溶液沉淀錳過濾得到濾液趕出氨氣循環(huán)使用，得到堿式碳酸銅，
（1）①由濾渣1的成份可知反應的化學方程式是：2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O，根據方程式判斷；
②加入的試劑A應用于調節(jié)溶液pH，促進鐵離子的水解，但不能引入雜質，根據K_sp=c（Fe³⁺）•[c（OH^-）]³=4.0×10^-38，根據OH^-離子的濃度計算Fe³⁺離子的濃度；
③“沉錳”（除Mn²⁺）過程中，加入碳酸氫銨和氨氣，生成碳酸錳沉淀，以此可書寫反應的離子方程式；
④濾液Ⅱ主要是硫酸銨溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銨晶體；
（2）①圖2為原電池反應，Zn為負極，發(fā)生反應：Zn-2e^-=Zn^2-，石墨為正極，發(fā)生反應Cu²⁺+2e^-=Cu；根據甲乙兩池得失電子相等計算乙池電解質溶液的總質量與實驗開始前的電解質溶液的總質量差；
②根他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池．

解答 解：（1）①由濾渣1的成份可知反應的化學方程式是：2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O，反應中Mn元素化合價降低，被還原，MnO₂為氧化劑，因二氧化硅與酸不反應，則濾渣Ⅰ的成分為MnO₂、S和SiO₂，
故答案為：MnO₂；S、SiO₂；
②加入的試劑A應用于調節(jié)溶液pH，促進鐵離子的水解，但不能引入雜質，因最后要制備堿式碳酸銅，則可加入氧化銅、氫氧化銅等，溶液pH=4，c（OH^-）=10^-10mol/L，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38），則溶液中鐵離子濃度：$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-8 mol/L，
故答案為：CuO、Cu（OH）₂；4.0×10^-8；
③“沉錳”（除Mn²⁺）過程中，加入碳酸氫銨和氨氣，生成碳酸錳沉淀，反應的離子方程式為Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O，
故答案為：Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O；
④濾液Ⅱ主要是硫酸銨溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到硫酸銨晶體，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（2）①圖2為原電池反應，Zn為負極，發(fā)生：Zn-2e^-=Zn^2-，石墨為正極，發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu，總反應式為Zn+Cu²⁺═Zn²⁺+Cu，一段時間后，兩電極質量相差25.8g，
則Zn+Cu²⁺═Zn²⁺+Cu  兩極質量差△m  轉移電子
 65g   64g         65g+64g=129g    2mol
                        25.8g      n
則：n=0.4mol，轉移電子的物質的量為0.4mol；
乙池中析出銅的質量為：$\frac{0.4}{2}$×64g/mol=12.8g，溶液減少12.8g，乙池電解質溶液的質量與實驗前的電解質溶液的質量差12.8g，
故答案為：0.4g；12.8；
②其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池，Zn為負極，發(fā)生：Zn-2e^-=Zn^2-，Cu絲是正極，正極發(fā)生 O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，呈堿性，則甲池銅絲附近溶液的pH增大，乙池中與銅線相連石墨電極是陽極，該極上發(fā)生的反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，與鋅相連石墨電極是陰極，發(fā)生反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：增大；陰．

點評 本題考查了制備方案的設計，題目難度中等，物質分離提純的方法和流程分析應用、原電池、電解池的工作原理以及電極反應式的書寫和電子守恒的應用知識，為高頻考點，屬于綜合知識的考查，側重于學生的分析能力和實驗能力、電化學原理應用能力的考查，解答該類題目，注意把握實驗、反應原理和操作流程的目的，主要是物質性質的理解．