Question

【題目】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。

（1）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＋

①陽極區硫酸鐵的主要作用是 。

②電解過程中，陽極區Fe3+的濃度基本保持不變，原因是 。

（2）陰極區，電極上開始時有大量氣泡產生，后有固體析出，一段時間后固體溶解。寫出上述現象對應的反應式 。

（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 ；加入有機萃取劑的目的是 。

（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 。（忽略電解前后溶液體積的變化）

Answer 1

【答案】（1）①吸收硫化氫氣體，防止環境污染；②Fe2+－e－=Fe3+；

（2）2H++2e－=H2↑，Cu2++2e－=Cu，2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O；

（3）分液漏斗，富集Cu2+，分離Cu2+與其它金屬陽離子；

（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；

（5）c(H+）>c(SO42－）>c(Cu2+）>c(OH－）。

【解析】

試題分析：（1）①根據陽極區的Fe3＋的濃度基本保持不變，說明有消耗，陽極區的主要反應，H2S有毒，對環境有污染，因此硫酸鐵的作用是吸收硫化氫氣體，防止環境污染；②就有生成，因此在陽極區Fe2＋－2e－=Fe3＋；(2）根據電解原理，以及信息，有氣泡產生，2H＋＋2e－=H2↑，有固體產生Cu2＋＋2e－=Cu，固體消失2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O；（3）有機相和水相互不相溶，分離時采用分液方法，使用分液漏斗；金屬礦中金屬含量低，一般先采用富集，因此有機萃取的目的是負極Cu2＋，分離Cu2＋與其它金屬陽離子；(4） 2RH（有機相）+ Cu2+（水相） R2Cu（有機相）+ 2H＋（水相），加入硫酸，增加H＋濃度，促使平衡向正反應方向移動，Cu2＋進入水相得以再生；(5）200mL0.5mol·L－1的CuSO4溶液中n(Cu2＋）=200×10－3×0.5mol=0.1mol，電解一段時間后產生銅單質3.2g，溶液中含有0.05molCuSO4， 2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，生成硫酸的物質的量為0.05mol，因水也發生電離產生H＋和OH－，Cu2＋發生水解，因此離子濃度大小順序是：c(H+）>c(SO42－）>c(Cu2+）>c(OH－）。