Question

（8分）已知粗銅中含有少量的鋅、鐵、銀、金等金屬和少量礦物雜質（與酸不反應）。某化學興趣小組在實驗室條件下用以硫酸銅溶液為電解液，用電解的方法實現了粗銅的提純，并對陽極泥和電解液中金屬進行回收和含量測定。步驟一：電解精制：

請回答以下問題：電解時，陰極上的電極反應式為                    ；

步驟二：電解完成后，該小組同學按以下流程對電解液進行處理：

（1）陽極泥的綜合利用：

稀硝酸處理陽極泥得到硝酸銀稀溶液，請你寫出該步反應的離子方程式：              。

殘渣含有極少量的黃金，如何回收金，他們查閱了有關資料，了解到了一些有關金的知識，以下是他們獲取的一些信息：

序號	反應	平衡常數
1	Au + 6HNO3（濃）= Au(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O	<< 1
2	Au3+ + 4Cl— =  AuCl4—	>>1

 

從中可知，金很難與硝酸反應，但卻可溶于王水（濃硝酸與鹽酸按體積比1∶3的混合物），請你簡要解釋金能夠溶于王水的原因：                                      

（2）濾液含量的測定： 以下是該小組探究濾液的一個實驗流程：

則100ml濾液中Fe²⁺的濃度為          mol·L^-1

 

Answer 1

【答案】

步驟一： Cu²⁺+2e ＝ Cu  3Ag + 4H⁺ + NO₃^— ＝ 3Ag⁺ + NO ↑+ 2H₂O   濃鹽酸含有大量氯離子，Au³⁺ 離子與氯離子形成穩定的AuCl₄^—離子，使反應2平衡向右移動，則金溶于王水中。　0.1

【解析】

試題分析：步驟一：電解精制銅。電解精煉銅時，以粗銅作陽極，以精銅作陰極，陽極發生氧化反應：Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極發生還原反應: Cu²⁺ +2e^-= Cu. （1）步驟二.粗銅中含有少量的鋅、鐵、銀、金等金屬.在銅在陽極被氧化為銅離子時，比銅活潑的鋅、鐵也被氧化成離子進入溶液。Zn-2e^-=Zn²⁺；Fe-2e^-=Fe²⁺。比銅弱的銀、金則以固體的形式存在陽極的下面沉淀中。俗稱陽極泥。稀硝酸和銀反應的離子方程式：3Ag + 4H⁺ + NO₃^- ＝ 3Ag⁺ + NO ↑+ 2H₂O。金能夠被王水溶解原因是濃鹽酸含有大量氯離子，Au³⁺ 離子與氯離子形成穩定的AuCl₄^—離子，使反應2平衡向右移動，則金溶于王水中。（2）由（1）的分析知：在100ml的濾液中含有Cu²⁺、Fe²⁺ Zn²⁺。當向其中加入足量的Fe粉時發生反應：Fe+Cu²⁺= Cu +Fe²⁺。得到的固體中含有過量的Fe和反應產生的Cu。經過酸浸時Fe與酸反應轉化為Fe²⁺進入溶液中，剩余不反應的Cu單質。3.2g固體就是Cu的質量。n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol. 在100ml的溶液中加入足量的Fe粉過濾得到的含有Fe²⁺和Zn^2+。當向其中加入足量的氫氧化鈉溶液時發生反應：Zn²⁺+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O; Fe²⁺2OH ^-=Fe(OH)₂↓.沉淀為Fe(OH)₂。沉淀經洗滌、烘干在空氣中充分灼燒發生反應：4 Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4 Fe(OH)₃, 2Fe(OH)₃ Fe₂O₃+3H₂O.最后得到的固體為Fe₂O₃，質量為4.8g.n(Fe₂O₃)=4.8g÷160g/mol=0.03mol.所以n(Fe)=2 n(Fe₂O₃)=0.06mol.在Fe+Cu²⁺= Cu +Fe²⁺中由于n(Cu)= 0.05mol,所以發生該反應產生的Fe²⁺的物質的量為0.05mol。因此原溶液中含有的Fe²⁺的物質的量為：0.06mol-0.05mol=0.01mol.故100ml濾液中Fe²⁺的濃度為：C=n÷V=0.01mol÷0.1L=0.1mol/L.

考點：考查粗銅的電解法提純及對陽極泥和電解液中金屬進行回收和含量測定的知識。