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、A1₂O₃）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)萃取劑嘏罩勤發(fā)生反應(yīng)：2RH（有機(jī)物）+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是硫酸，使Cu²⁺得以再生，
IV．電解硫酸銅溶液制得金屬Cu
（1）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⁺=Fe²⁺+Cu²⁺+2H₂S↑    2 Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺
①陽極區(qū)硫酸鐵的主要作用是

 

②電解過程中，陽極區(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，固體溶解析出，上述現(xiàn)象對應(yīng)的反應(yīng)式

 

（3）若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分離有機(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200mL0.5mol/L的硫酸銅溶液生成Cu3.2g，此時(shí)溶液中離子濃度大小順序是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）①H₂S有毒，會(huì)污染空氣；
②陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子；
（2）陰極上氫離子放電生成氫氣，銅離子放電生成Cu，酸性條件下，Cu和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅；
（3）互不相溶的液體采用分液方法分離；R₂Cu（有機(jī)相）易溶于有機(jī)溶劑而達(dá)到與其它金屬陽離子分離的目的；
（4）增大氫離子濃度，促進(jìn)2RH（有機(jī)物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有機(jī)相）+2H⁺（水相）向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（5）原溶液中n（CuSO₄）=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，析出n（Cu）=

3.2g

64g/mol

=0.05mol＜0.1mol，
所以溶液中還含有0.05mol硫酸銅，根據(jù)硫酸根離子守恒知，還存在0.05mol硫酸，水還電離出部分氫離子，據(jù)此判斷離子濃度大�。�

解答： 解：（1）①H₂S有毒，會(huì)污染空氣，鐵離子將硫化氫氧化而降低污染，故答案為：吸收硫化氫氣體，防止污染環(huán)境；
②陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子，電極反應(yīng)式為Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，所以鐵離子濃度基本不變，故答案為：Fe²⁺-e^-=Fe³⁺；
（2）陰極上氫離子放電生成氫氣，銅離子放電生成Cu，酸性條件下，Cu和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅，所以反應(yīng)方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（3）有機(jī)相和水相不互溶且都是液態(tài)，所以可以采用分液方法分離，用到的儀器是分液漏斗；R₂Cu（有機(jī)相）易溶于有機(jī)溶劑而達(dá)到與其它金屬陽離子分離的目的，故答案為：分液漏斗；富集銅離子，分離銅離子與其它金屬陽離子；
（4）加入稀硫酸時(shí)，硫酸電離出氫離子導(dǎo)致溶液中氫離子濃度增大，促進(jìn)2RH（有機(jī)物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有機(jī)相）+2H⁺（水相）向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以Cu²⁺得以再生，
故答案為：增大氫離子濃度，使2RH（有機(jī)物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有機(jī)相）+2H⁺（水相）向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（5）原溶液中n（CuSO₄）=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，析出n（Cu）=

3.2g

64g/mol

=0.05mol＜0.1mol，
根據(jù)Cu原子守恒知，溶液中還含有0.05mol硫酸銅，根據(jù)硫酸根離子守恒知，還存在0.05mol硫酸，水還電離出部分氫離子，則溶液中離子濃度大小順序是c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案為：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）．

點(diǎn)評：本題考查電解原理，涉及離子濃度大小比較、化學(xué)平衡移動(dòng)影響因素、氧化還原反應(yīng)等知識點(diǎn)，知道常見混合物分離和提純方法，注意（5）題電解后溶液中的溶質(zhì)是解本題關(guān)鍵，注意該混合溶液中水還電離，很多同學(xué)往往漏掉水電離而得到c（H⁺）=c（SO₄^2-），導(dǎo)致該題錯(cuò)誤，為易錯(cuò)點(diǎn)．