Question

如圖1為細菌冶銅和火法冶锎的主要流程．

（1）硫酸銅溶液一般呈

 

（填“酸”、“堿”或“中”）性，原因是

 

（用離子方程式表示）．寫出電解硫酸銅溶液的化學方程式：

 

（電解過程中，始終無氫氣產生）．
（2）細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業上的一種新工藝．細菌冶銅與火法冶銅相比，優點為

 

（寫出一點即可）．
（3）用惰性電極分別電解濃的氯化銅溶液和硫酸銅溶液．電解濃的氯化銅溶液時發現 陰極有金屬銅生成，同時陰極附近會出現棕褐色溶液．而電解硫酸銅溶液時，沒有棕褐色溶液生成．如圖2是關于棕褐色溶液成分的探究_：
①有同學認為，陰極附近出現的棕褐色溶液是氯氣反應的結果，你認為他的猜測是 否正確？

 

（填“正確”或“不正確“），原因是

 

資料1：一般具有混合價態（指化合物中同一元素存在兩種不同的化合價，如Fe₃O₄中的 Fe元索）的物質的顏色比單一價態的物質的顏色要深． 
資料2：CuCl微溶于水，能溶于濃鹽酸．
②猜想：棕褐色溶液中可能含冇的離子是

 

（填3種主要離子符號）．
③驗證猜想：完成實驗方案（配制棕褐色溶液）．
取少量

 

固體于試管中，加入

 

使其溶解，再加入

 

溶液，觀察現象．
④已知電解前，U形管中加入了 100 mLO.5mol．L^-1 CuCl₂溶液，電解結朿時電路中一共轉移了0.03mol電子，且陰極生成0.64g銅，則形成的低價陽離子的物質的量為

 

mol．

Answer 1

考點：金屬冶煉的一般原理,電解原理

專題：電化學專題,元素及其化合物

分析：（1）硫酸銅為強酸弱堿鹽，水解呈酸性，惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液，陰極，發生Cu²⁺+2e^-═Cu，陽極，溶液中的氫氧根離子放電，4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑；
（2）從能源及操作等方面來考慮細菌冶銅的優點；
（3）用惰性電極電解氯化銅溶液，第一階段：陽極發生氧化反應：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極發生還原反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑；電解硫酸銅溶液時第一階段：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，
①電解濃的氯化銅溶液，第二階段電解水，陰極還會產生氫氣，陰極不可能生成氯氣；
②根據混合價態的物質的顏色比單一價態的物質的顏色深、CuCl微溶于水，能溶于濃鹽酸分析解答；
③根據CuCl、CuCl₂的性質分析解答；
④利用電子守恒法解答，生成0.64g銅轉移0.02mol電子，還有0.01mol電子為+2價銅離子得電子生成+1價的銅離子，據此分析解答；

解答： 解：（1）硫酸銅為強酸弱堿鹽，水解Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺呈酸性，用惰性電極電解硫酸銅溶液，電解過程中，始終無氫氣產生，則陰極發生Cu²⁺+2e^-═Cu，陽極氫氧根離子放電，4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑，總反應為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：酸；Cu²⁺+2H₂O?Cu（OH）₂+2H⁺；2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄；
（2）濕法煉銅需在溶液中進行，相比濕法煉銅，細菌冶銅，在常溫下用生物冶銅，節約能源、環保、設備簡單、操作方便；工藝條件易控制、投資少、成本低，適宜處理爐渣，
故答案為：節約能源、環保、設備簡單、操作方便；工藝條件易控制、投資少、成本低；適宜處理爐渣；
（3）用惰性電極電解氯化銅溶液，第一階段：陽極發生氧化反應：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極發生還原反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑；電解硫酸銅溶液時第一階段：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，
①用惰性電極電解氯化銅溶液，電解過程中陽離子向陰極移動，所以陰極：第一階段：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二階段：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極不可能生成氯氣，所以陰極附近會出現棕褐色溶液，并不是氯氣反應的結果，
故答案為：不正確；陰極不會產生氯氣；
②根據題干信息，混合價態的物質的顏色比單一價態的物質的顏色深，銅有Cu²⁺、Cu⁺的離子，所以棕褐色溶液中可能含有的離子是Cu²⁺、Cu⁺，溶液中還可能存在陰離子Cl^-，
故答案為：Cu²⁺、Cu⁺、Cl^-；
③為了驗證溶液中是否存在Cu²⁺、Cu⁺，可通過對照試驗進行驗證，取少量氯化亞銅，固體于試管中，加入濃鹽酸使其溶解，再加入氯化銅溶液，觀察現象，
故答案為：氯化亞銅；濃鹽酸；氯化銅；
④100mL 0.5mol?L^-1 CuCl₂溶液中含0.05molCuCl₂，Cu²⁺+2e^-=Cu，生成0.64g銅轉移0.02mol電子，電解結朿時電路中一共轉移了0.03mol電子，根據題干信息，混合價態的物質的顏色比單一價態的物質的顏色深，所以還有0.01mol電子為+2價銅離子得電子生成+1價的銅離子，Cu²⁺+e^-=Cu⁺，則形成的低價陽離子的物質的量為0.01mol，
故答案為：0.01；

點評：本題是實驗探究題，考查電解池以及相關元素化合物知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力的考查，注意把握氧化還原知識以及電子守恒的計算，題目難度中等．