Question

（15分）硫酸銅在化工和農業方面有很廣泛的用處，某化學興趣小組查閱資料，用兩種不同的原料制取硫酸銅。
方式一：一種含銅的礦石（硅孔雀石礦粉），含銅形態為CuCO₃·Cu(OH)₂和CuSiO₃·2H₂O（含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等雜質）。以這種礦石為原料制取硫酸銅的工藝流程如下圖：

請回答下列問題：
⑴完成步驟①中稀硫酸與CuSiO₃·2H₂O發生反應的化學方程式
CuSiO₃·2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄ +________+H₂O；
⑵步驟②調節溶液pH選用的最佳試劑是__________________
A. CuO            B. MgO       C. FeCO₃              D NH₃·H₂O
⑶有關氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氫氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
開始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知：當溶液pH=4時，不能完全除去的離子是________。
⑷濾液B通過蒸發濃縮（設體積濃縮為原來的一半）、冷卻結晶可以得到CuSO₄·5H₂O晶體。某同學認為上述操作會伴有硫酸鋁晶體的析出。請你結合相關數據對該同學的觀點予以評價（已知常溫下，Al₂(SO₄)₃ 飽和溶液中C(Al³⁺)=2.25mol·L^-1，K_sp[Al(OH)₃]=3.2×10^-34) ________（填“正確”或“錯誤”）。
方式二：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、Al₂O₃）粉碎
Ⅱ.采用如下裝置進行電化學浸出實驗，將精選黃銅礦粉加入電解槽陽極區，恒速攪拌，使礦粉溶解。在陰極區通入氧氣，并加入少量催化劑。

Ⅲ.一段時間后，抽取陰極區溶液，向其中加入有機萃取劑（RH）發生反應：
2RH（有機相）+ Cu²⁺（水相）R₂Cu（有機相）+ 2H^＋（水相）
分離出有機相，向其中加入一定濃度的硫酸，使Cu²⁺得以再生。
Ⅳ.電解硫酸銅溶液制得金屬銅。
（5）黃銅礦粉加入陽極區與硫酸及硫酸鐵主要發生以下反應：
CuFeS₂ + 4H^＋ = Cu²⁺ + Fe²⁺ + 2H₂S     2Fe³⁺ + H₂S = 2Fe²⁺ + S↓+ 2H^＋
電解過程中，陽極區Fe³⁺的濃度基本保持不變，原因是____________________（用電極反應式表示）。
（6）步驟Ⅲ，向有機相中加入一定濃度的硫酸，Cu²⁺得以再生的原理是_____________ 。
（7）步驟Ⅳ，若電解0.1mol CuSO₄溶液，生成銅3.2 g，此時溶液中離子濃度由大到小的順序是 ____ 。

Answer 1

（15分）（1）H₄SiO₄（2分） 
（2）A （2分）   
（3）Al³⁺（2分）
（4）錯誤（3分）
（5）Fe²⁺- e^－=Fe³⁺（2分）
（6）增大H⁺濃度，使平衡2RH(有機相) + Cu²⁺(水相)  R₂Cu(有機相)+ 2H^＋(水相)逆向移動，Cu²⁺進入水相得以再生 （2分）
（7） c(H⁺)>c(SO₄^2-)>c(Cu²⁺)>c(OH^-)（2分）

試題分析：（1）根據質量守恒定律，空白處的物質是H₄SiO₄；
（2）步驟②調節溶液pH的目的是除去鐵離子等雜質，所以調節pH不能引入新的雜質，所以答案選A；（3）pH=4時鐵離子完全沉淀，但Al³⁺完全沉淀的pH=5.2，所以當溶液pH=4時，不能完全除去的離子 是 Al³⁺；
（4））PH=4時，溶液中的氫氧根離子的濃度為：1×10^-10mol/L，此時氫氧化鋁已沉淀，則溶液中鋁離子濃為：3.2×10^-34/(1×10^-10)³=3.2×10^-4mol/L，濃縮后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不會有硫酸鋁晶體析出，所以該同學的觀點錯誤；
（5）陽極發生氧化反應，黃銅礦粉與硫酸及硫酸鐵反應生成的亞鐵離子被氧化生成鐵離子，導致陽極區的鐵離子的濃度基本不變，電極反應式為Fe²⁺- e^－=Fe³⁺；
（6）步驟Ⅲ，向有機相中加入一定濃度的硫酸，使水相中的氫離子濃度增大，平衡逆向移動，Cu²⁺進入水相得以再生；
（7）電解0.1mol CuSO₄溶液，生成銅3.2 g，轉移電子0.1mol，陽極氫氧根離子放電，生成0.025mol氧氣的同時，使溶液中的氫離子增加0.1mol，則溶液中仍存在0.05mol Cu²⁺，SO₄^2-的物質的量不變，仍是0.1mol，所以此時溶液中離子濃度的大小關系為c(H⁺)>c(SO₄^2-)>c(Cu²⁺)>c(OH^-)。