Question

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，粗銅應與電源的

正

極相連．陰極上的電極反應式為

Cu²⁺+2e═Cu

．電解過程中，硫酸銅的濃度會

變小

（選填：變大、不變、變小）．
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：

3Ag+4H⁺+NO₃^-═3Ag⁺+NO↑+2H₂O

．
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：

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1平衡向右移動，則金溶于王水中

．
（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Cu²⁺ 的濃度為

0.5

mol?L^-1，Fe²⁺的濃度為

0.1

mol?L^-1．

Answer 1

分析：步驟一：電解精煉銅時，精銅做陰極，粗銅作陽極，陰極上是銅離子得電子；根據鋅、鐵與硫酸銅發生置換反應分析；
步驟二：（1）金屬銀可以和硝酸反應得到硝酸銀以及水和一氧化氮；金離子可以和氯離子之間發生反應，形成穩定的AuCl₄^-離子，可以根據化學平衡移動原理來解釋；
（2）根據化學反應原理結合原子守恒的思想來計算回答．

解答：解：步驟一：在電解精煉銅時，陽極反應是金屬鋅、鐵、鎳等先失電子，陰極上是銅離子得電子產生銅，電解反應為：Cu²⁺+2e═Cu，精銅做陰極，粗銅作陽極；硫酸銅的濃度會變小，原因是鋅、鐵與硫酸銅發生置換反應；
故答案為：正；Cu²⁺+2e═Cu；變小；
步驟二：（1）金屬銀可以和稀硝酸反應生成硝酸銀、一氧化氮和水，反應的離子方程式為：3Ag+4H⁺+NO₃^-═3Ag⁺+NO↑+2H₂O；根據表中的信息，Au+6HNO₃（濃）═Au（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O，并且Au³⁺+4Cl^-═AuCl₄^-，在王水中，含有濃硝酸和濃鹽酸，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，
故答案為：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1平衡向右移動，則金溶于王水中；
（2）100mL的濾液中含有亞鐵離子、銅離子、鋅離子，當加入足量的金屬Fe以后，會將金屬銅全部置換出來，所以生成的3.2g金屬是Cu，所以銅離子的濃度c=

n

V

=

3.2 64

0.1

mol/L=0.5 mol/L，
亞鐵離子和氫氧化鈉反應生成氫氧化亞鐵，在空氣中更易被氧化為氫氧化鐵，受熱分解生成的氧化鐵的質量是4.8g，根據原子守恒，亞鐵離子的物質的量是：

4.8g

160g/mol

×2=0.06mol，所以加入鐵粉后的濾液中亞鐵離子的濃度c=

n

V

=

0.06mol

0.1L

=0.6mol/L，由于加入了鐵粉，鐵與溶液中的鐵離子反應生成了亞鐵離子，所以100mL濾液中亞鐵離子的濃度為：0.6mol/L-0.5 mol/L=0.1mol/L，
故答案為：0.5；0.1．

點評：本題考查了電解原理，涉及了電解精煉銅、化學平衡移動原理以及物質的含量的測定的綜合知識，考查角度廣，難度較大．