Question

5．粗銅精煉后的陽極泥含有Cu、Au（金）和PbSO₄等雜質(zhì)，濕法處理陽極泥進(jìn)行綜合利用的流程如圖：

（1）用CuSO₄做電解液電解含銅、金、鉛的粗銅，陽極的電極反應(yīng)式有：Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄和Cu-2e^-=Cu²⁺．
（2）堿浸渣的主要成分是Au、PbCO₃．（寫化學(xué)式）
（3）操作I的主要步驟為蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾．
（4）寫出用SO₂還原AuCl₄^-的離子方程式2AuCl₄^-+3SO₂+6H₂O=2Au+3SO₄^2-+8Cl^-+12H⁺．
（5）為了減少廢液排放、充分利用有用資源，工業(yè)上將濾液2并入硝酸進(jìn)行循環(huán)操作，請(qǐng)指出流程圖中另一處類似的做法將濾液1并入CuSO₄溶液中．
（6）已知298K時(shí)，K_sp（PbCO₃）=1.5×10^-13，K_sp（PbSO₄）=1.8×10^-8，將1mol PbSO₄固體放入1L Na₂CO₃溶液中，充分反應(yīng)后達(dá)到平衡，溶液中c（CO₃^2-）為5mol/L，溶液體積在反應(yīng)前后保持不變，則平衡后c（SO₄^2-）=1mol/L．

Answer 1

分析 由實(shí)驗(yàn)流程可知，粗銅精煉后的陽極泥含有Cu、Au（金）和PbSO₄等雜質(zhì)，焙燒后金屬銅成為氧化銅，酸浸可以得到硫酸銅溶液，硫酸銅溶液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾、洗滌，干燥獲得硫酸銅晶體；酸浸后的固體中含有Au（金）和PbSO₄等雜質(zhì)經(jīng)碳酸鈉浸洗，硫酸鉛轉(zhuǎn)化成碳酸鉛，得堿浸渣為Au、PbCO₃，濃硝酸氧化后，過濾得到硝酸鉛溶液，濾液加硫酸生成硫酸鉛沉淀，再過濾得到硫酸鉛；脫鉛濾渣主要是金，加王水溶金，得到含有AuCl₄^-的溶液，AuCl₄^-可以被SO₂還原得到Au，
（1）粗銅中的銅和鉛會(huì)發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（2）陽極泥的成分為Cu、Au（金）和PbSO₄ 等，在焙燒過程中銅被氧化為CuO，則陽極泥充分的粉碎，增大接觸面積可以提高焙燒效率；
（3）操作I的步驟是從硫酸銅溶液中獲得硫酸銅晶體；
（4）SO₂還原AuCl₄^-反應(yīng)得到氧化產(chǎn)物是SO₄^2-，還原產(chǎn)物是Au，配平書寫方程式；
（5）將濾液1并入硫酸銅溶液進(jìn)行循環(huán)操作，有利于充分利用；
（6）將1mol PbSO₄固體放入1L Na₂CO₃溶液中，溶液中c（SO₄^2-）=1mol/L，根據(jù)K_sp（PbCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Pb²⁺）和c（CO₃^2-）可計(jì)算出溶液中的c（Pb²⁺），再利用c（Pb²⁺）和K_sp（PbSO₄）=c（SO₄^2-）×c（Pb²⁺）計(jì)算出飽和溶液中c（SO₄^2-），結(jié)合題中信息判斷．

解答 解：由實(shí)驗(yàn)流程可知，粗銅精煉后的陽極泥含有Cu、Au（金）和PbSO₄等雜質(zhì)，焙燒后金屬銅成為氧化銅，酸浸可以得到硫酸銅溶液，硫酸銅溶液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾、洗滌，干燥獲得硫酸銅晶體；酸浸后的固體中含有Au（金）和PbSO₄等雜質(zhì)經(jīng)碳酸鈉浸洗，硫酸鉛轉(zhuǎn)化成碳酸鉛，得堿浸渣為Au、PbCO₃，濃硝酸氧化后，過濾得到硝酸鉛溶液，濾液加硫酸生成硫酸鉛沉淀，再過濾得到硫酸鉛；脫鉛濾渣主要是金，加王水溶金，得到含有AuCl₄^-的溶液，AuCl₄^-可以被SO₂還原得到Au，
（1）電解精煉的粗銅作陽極會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，其中單質(zhì)銅和活潑性比Cu強(qiáng)的金屬都會(huì)發(fā)生溶解，因此粗銅中的銅和鉛會(huì)發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu-2e^-=Cu²⁺、Pb-2e^-+SO₄^2-=PbSO₄，
故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺；
（2）酸浸后的固體中含有Au（金）和PbSO₄等雜質(zhì)經(jīng)碳酸鈉浸洗，硫酸鉛轉(zhuǎn)化成碳酸鉛，得堿浸渣為Au、PbCO₃，
故答案為：Au、PbCO₃；
（3）操作I的步驟是從硫酸銅溶液中獲得硫酸銅晶體，因此該步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等步驟，故答案為：蒸發(fā)濃縮，降溫結(jié)晶，過濾；
（4）SO₂還原AuCl₄^-中還原劑和氧化劑都比較明確，因此很容易推測(cè)出氧化產(chǎn)物是SO₄^2-，還原產(chǎn)物是Au，由氧化還原反應(yīng)得失電子守恒先缺項(xiàng)配平，然后根據(jù)電荷守恒再配平，則得到的反應(yīng)方程式為2AuCl₄^-+3SO₂+6H₂O=2Au+3SO₄^2-+8Cl^-+12H⁺，
故答案為：2AuCl₄^-+3SO₂+6H₂O=2Au+3SO₄^2-+8Cl^-+12H⁺；
（5）濾液1是在結(jié)晶硫酸銅時(shí)剩下的濾液，還含有少量的未析出的硫酸銅，因此并入前面的硫酸銅溶液進(jìn)行循環(huán)，有利于充分利用，
故答案為：將濾液1并入CuSO₄溶液中；
（6）將1mol PbSO₄固體放入1L Na₂CO₃溶液中，溶液中c（SO₄^2-）=1mol/L，根據(jù)K_sp（PbCO₃）=c（CO₃^2-）×c（Pb²⁺）=1.5×10^-13和c（CO₃^2-）=5  mol/L可知，溶液中的c（Pb²⁺）=3×10^-14mol/L，再根據(jù)c（Pb²⁺）和K_sp（PbSO₄）=c（SO₄^2-）×c（Pb²⁺）可知，飽和溶液中c（SO₄^2-）=$\frac{1.8×1{0}^{-8}}{3×1{0}^{-14}}$=6×10⁵mol/L＞1mol/L，所以溶液中的硫酸根離子沒有沉淀，所以c（SO₄^2-）=1mol/L，
故答案為：1mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物分離提純，為高頻考點(diǎn)，涉及物質(zhì)的分離、離子的檢驗(yàn)、電解原理、沉淀的轉(zhuǎn)化等知識(shí)，把握實(shí)驗(yàn)流程及物質(zhì)的性質(zhì)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�綜合性較強(qiáng)，題目難度較大．