Question

以黃銅礦精礦為原料，制取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．采用如圖所示裝置進行電化學(xué)浸出實驗。將精選黃銅礦粉加入電解槽的陽極區(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．一段時間后，抽取陰極區(qū)溶液，向其中加入有機萃取劑(RH)發(fā)生反應(yīng)：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。

（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+＝Cu2+ + Fe2+ + 2H2S↑ 2Fe3+ + H2S＝2Fe2+ + S↓+ 2H+ ，陽極區(qū)硫酸鐵的主要作用是 。（2）陰極區(qū)，電極上開始時有大量氣泡產(chǎn)生，后有紅色固體析出，一段時間后紅色固體溶解。寫出析出紅色固體的反應(yīng)方程式 。

（3）若在實驗室進行步驟Ⅲ，分離有機相和水相的主要實驗儀器是 。

（4）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 。（5）步驟Ⅳ，若電解200mL0.5 mol/L的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

（1）吸收硫化氫氣體，防止環(huán)境污染（表述合理即可得分） （1分）

（2）Cu2++2e–＝Cu （2分） （3）分液漏斗 （1分）

（4）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） （5）c(H+)＞c(SO42–)＞c(Cu2+)＞c(OH–) （2分）

【解析】

試題分析：（1）反應(yīng)CuFeS2 + 4H+＝Cu2+ + Fe2+ + 2H2S↑中有H2S氣體產(chǎn)生，H2S有毒屬于大氣污染物。根據(jù)反應(yīng)2Fe3+ + H2S＝2Fe2+ + S↓+ 2H+ 可知，陽極區(qū)硫酸鐵的主要作用是吸收硫化氫氣體，防止環(huán)境污染。

（2）電解池中陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。陰極析出紅色固體，說明該紅色固體是銅，因此電極反應(yīng)式為Cu2++2e–＝Cu。

（3）有機物不溶于水，分液即可，所以分離有機相和水相的主要實驗儀器是分液漏斗。

（4）加入硫酸，增大溶液中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。

（5）200mL0.5 mol/L的CuSO4溶液中硫酸銅的物質(zhì)的量＝0.2L×0.5mol/L＝0.1mol，生成銅3.2 g，物質(zhì)的量＝3.2g÷64g/mol＝0.05mol。這說明反應(yīng)中硫酸銅還有0.05mol沒有被電解。根據(jù)方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑可知，溶液中還生成0.05mol硫酸。由于銅離子水解，則溶液中離子濃度大小順序是）c(H+)＞c(SO42–)＞c(Cu2+)＞c(OH–)。

考點：考查電解原理的有關(guān)判斷與計算、溶液中離子濃度大小比較、物質(zhì)的分離與提純、外界條件對平衡狀態(tài)的影響以及氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用