Question

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、A1₂O₃）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嘏罩勤發生反應：2RH（有機物）+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是硫酸，使Cu²⁺得以再生，
IV．電解硫酸銅溶液制得金屬Cu
（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⁺=Fe²⁺+Cu²⁺+2H₂S↑    2 Fe³⁺+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，固體溶解析出，上述現象對應的反應式

 

（3）若在實驗室進行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200mL0.5mol/L的硫酸銅溶液生成Cu3.2g，此時溶液中離子濃度大小順序是

 

．

Answer 1

考點：電解原理

專題：電化學專題

分析：（1）①H₂S有毒，會污染空氣；
②陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子；
（2）陰極上氫離子放電生成氫氣，銅離子放電生成Cu，酸性條件下，Cu和氧氣發生氧化還原反應生成硫酸銅；
（3）互不相溶的液體采用分液方法分離；R₂Cu（有機相）易溶于有機溶劑而達到與其它金屬陽離子分離的目的；
（4）增大氫離子濃度，促進2RH（有機物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有機相）+2H⁺（水相）向逆反應方向移動；
（5）原溶液中n（CuSO₄）=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，析出n（Cu）=

3.2g

64g/mol

=0.05mol＜0.1mol，
所以溶液中還含有0.05mol硫酸銅，根據硫酸根離子守恒知，還存在0.05mol硫酸，水還電離出部分氫離子，據此判斷離子濃度大小．

解答： 解：（1）①H₂S有毒，會污染空氣，鐵離子將硫化氫氧化而降低污染，故答案為：吸收硫化氫氣體，防止污染環境；
②陽極上亞鐵離子失電子生成鐵離子，電極反應式為Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，所以鐵離子濃度基本不變，故答案為：Fe²⁺-e^-=Fe³⁺；
（2）陰極上氫離子放電生成氫氣，銅離子放電生成Cu，酸性條件下，Cu和氧氣發生氧化還原反應生成硫酸銅，所以反應方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（3）有機相和水相不互溶且都是液態，所以可以采用分液方法分離，用到的儀器是分液漏斗；R₂Cu（有機相）易溶于有機溶劑而達到與其它金屬陽離子分離的目的，故答案為：分液漏斗；富集銅離子，分離銅離子與其它金屬陽離子；
（4）加入稀硫酸時，硫酸電離出氫離子導致溶液中氫離子濃度增大，促進2RH（有機物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有機相）+2H⁺（水相）向逆反應方向移動，所以Cu²⁺得以再生，
故答案為：增大氫離子濃度，使2RH（有機物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有機相）+2H⁺（水相）向逆反應方向移動；
（5）原溶液中n（CuSO₄）=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，析出n（Cu）=

3.2g

64g/mol

=0.05mol＜0.1mol，
根據Cu原子守恒知，溶液中還含有0.05mol硫酸銅，根據硫酸根離子守恒知，還存在0.05mol硫酸，水還電離出部分氫離子，則溶液中離子濃度大小順序是c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案為：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）．

點評：本題考查電解原理，涉及離子濃度大小比較、化學平衡移動影響因素、氧化還原反應等知識點，知道常見混合物分離和提純方法，注意（5）題電解后溶液中的溶質是解本題關鍵，注意該混合溶液中水還電離，很多同學往往漏掉水電離而得到c（H⁺）=c（SO₄^2-），導致該題錯誤，為易錯點．