Question

5．工業上用某礦渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，Fe₂O₃、SiO₂）制取銅的操作流程如下：

已知：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O
（1）實驗操作Ⅰ的名稱為過濾；在空氣中灼燒固體混合物D時，用到多種硅酸鹽質的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有坩堝（填儀器名稱）．
（2）濾液A中鐵元素的存在形式為Fe²⁺（填離子符號），生成該離子的離子方程式為Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，檢驗濾液A中存在該離子的試劑為硫氰化鉀溶液和新制氯水（填試劑名稱）．
（3）金屬E與固體F發生的某一反應可用于焊接鋼軌，該反應的化學方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃．
（4）常溫下，等pH的NaAlO₂和NaOH兩份溶液中，由水電離出的c（OH^-）前者為后者的10⁸倍，則兩種溶液的pH=11．
（5）利用電解法進行粗銅精煉時，下列敘述正確的是bc（填代號）．
a．電能全部轉化為化學能
b．粗銅接電源正極，發生氧化反應
c．精銅作陰極，電解后電解液中Cu²⁺濃度減小
d．粗銅精煉時通過的電量與陰極析出銅的量無確定關系
（6）從濃硫酸、濃硝酸、蒸餾水中選用合適的試劑，測定粗銅樣品中金屬銅的質量分數，涉及的主要步驟為：稱取一定質量的樣品→將濃硫酸用蒸餾水稀釋，使樣品與足量稀硫酸充分反應→過濾、洗滌、干燥→稱量剩余固體銅的質量．（填缺少的操作步驟，說出主要操作方法，不必描述操作過程的細節）

Answer 1

分析 某礦渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，Fe₂O₃、SiO₂）加足量的稀鹽酸，過濾，濾液A含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；固體混合物B為二氧化硅和Cu；濾液A中加足量的NaOH溶液，生成偏鋁酸鈉、氫氧化鐵沉淀和氫氧化銅沉淀，過濾，濾液C為偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉經過一系列操作可以制得E（Al），固體混合物D為氫氧化鐵沉淀和氫氧化銅沉淀，灼燒氫氧化鐵沉淀和氫氧化銅沉淀得到固體混合物F（氧化鐵和氧化銅），氧化鐵和氧化銅混合物發生鋁熱反應生成Cu和Fe，電解得到純銅．
（1）根據分離溶液和沉淀；根據灼燒過程所需要用到的儀器分析即可；
（2）依據提取流程圖可知，加入過量鹽酸，氧化鐵和氧化鋁全部溶解為氯化鐵和氯化鋁溶液，Cu₂O與鹽酸反應生成氯化銅、銅和水，生成的銅能與氯化鐵反應生成氯化亞鐵和氯化銅，二氧化硅不溶于鹽酸為沉淀；三價鐵離子與KSCN溶液發生反應生成紅色物質來檢驗三價鐵離子；
（3）根據鋁熱反應的原理來書寫；
（4）設溶液的PH為X，然后求出由水電離出的c（OH^-），利用由水電離出的c（OH^-）前者為后者的10⁸倍求出X；
（5）a．電能轉化為化學能、熱能；
b．粗銅接電源正極，失去電子，發生氧化反應
c．精銅作陰極，電解后電解液中Cu²⁺濃度減小
d．粗銅精煉時通過的電量與陰極析出銅的量存在關系；
（6）設計方案的主要步驟是將濃硫酸用蒸餾水稀釋，將樣品與稀硫酸充分反應后，過濾，干燥，稱量剩余固體銅的質量即可．

解答 解：某礦渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，Fe₂O₃、SiO₂）加足量的稀鹽酸，過濾，濾液A含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；固體混合物B為二氧化硅和Cu；濾液A中加足量的NaOH溶液，生成偏鋁酸鈉、氫氧化鐵沉淀和氫氧化銅沉淀，過濾，濾液C為偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉經過一系列操作可以制得E（Al），固體混合物D為氫氧化鐵沉淀和氫氧化銅沉淀，灼燒氫氧化鐵沉淀和氫氧化銅沉淀得到固體混合物F（氧化鐵和氧化銅），氧化鐵和氧化銅混合物發生鋁熱反應生成Cu和Fe，電解得到純銅．
（1）實驗操作I步驟中分離溶液和沉淀的操作名稱為過濾，在空氣中灼燒固體混合物D時，所用到的儀器有坩堝、泥三角、三角架、酒精燈，玻璃棒，
故答案為：過濾；坩堝；
（2）依據提取流程圖可知，加入過量鹽酸，氧化鐵和氧化鋁全部溶解為氯化鐵和氯化鋁溶液，Cu₂O與鹽酸反應生成氯化銅、銅和水，生成的銅能與氯化鐵反應生成氯化亞鐵和氯化銅，方程式為：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，二氧化硅不溶于鹽酸為沉淀，所以濾液A中鐵元素的存在形式為亞鐵離子，可用氯水將其氧化成三價鐵離子，三價鐵離子與KSCN溶液發生反應生成紅色物質來檢驗三價鐵離子，
故答案為：Fe²⁺；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；硫氰化鉀溶液和新制氯水；
（3）鋁與氧化鐵發生鋁熱反應的化學方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（4）設溶液的PH為X，NaAlO₂溶液中由水電離出的c（OH^-）=10^X-14mol/L，NaOH溶液中由水電離出的c（OH^-）=10^-Xmol/L，$\frac{1{0}^{X-14}}{1{0}^{-X}}$=10⁸，解得X=11，
則溶液中氫離子濃度：c（H⁺）=10^-11mol/L，即pH=11；
故答案為：11；
（5）a．電能部分轉化為化學能，故a錯誤；
b．粗銅接電源正極，失去電子，發生氧化反應，故b正確；
c．精銅作陰極，電解后電解液中Cu²⁺濃度減小，故c正確；
d．粗銅精煉時通過的電量與陰極析出銅的量存在關系：電路中通過3.01×10²³個電子，得到精銅的質量為16g，故d錯誤；
故選：b．c；
（6）設計方案的主要步驟是將濃硫酸用蒸餾水稀釋，將樣品與稀硫酸充分反應后，過濾，干燥，稱量剩余固體銅的質量即可；
故答案為：將濃硫酸用蒸餾水稀釋，將樣品與稀硫酸充分反應．

點評 本題以礦渣（含有Cu₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）提取銅為背景，考查考查物質的制備以及分離和提純等知識，側重于考查學生綜合運用化學知識的能力，為高考常見題型，難度中等．