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、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200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液，生成銅3.2g，此時溶液中離子濃度由大到小的順序是

 

．

Answer 1

分析：（1）①硫化氫有毒，直接排放會污染空氣；
②Fe³⁺被還原Fe²⁺，Fe²⁺在陽極放電又生成Fe³⁺；
（2）首先氫離子放電生成氫氣，反應一段時間，銅離子放電生成銅，再通入氧氣的條件下Cu、氧氣、硫酸反應生成硫酸銅；
（3）有機相和水相不互溶，分離有機相和水相通常利用分液的方法，使用的儀器為分液漏斗；
加入有機萃取劑富集Cu²⁺，分離Cu²⁺與其它金屬陽離子；
（4）增大氫離子濃度，根據平衡移動原理分析；
（5）電解uSO₄溶液，發生反應2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液中n（CuSO₄）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，生成銅3.2g，物質的量為

3.2g

64g/mol

=0.05mol，故生成H₂SO₄0.1mol，溶液中CuSO₄為0.1mol-0.05mol=0.05mol，電解后的溶液為CuSO₄、H₂SO₄混合溶液，溶液中存在硫酸的電離、銅離子水解、水的電離等，據此判斷．

解答：解：（1）①由發生的反應可知，Fe³⁺氧化吸收硫化氫氣體，防止環境污染，
故答案為：吸收硫化氫氣體，防止環境污染；
②Fe³⁺被還原Fe²⁺，Fe²⁺在陽極放電Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，又生成Fe³⁺，電解過程中，陽極區Fe³⁺的濃度基本保持不變，
故答案為：Fe²⁺在陽極放電Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，又生成Fe³⁺；
（2）首先氫離子放電生成氫氣，反應一段時間，銅離子放電生成銅，再通入氧氣的條件下Cu、氧氣、硫酸反應生成硫酸銅，發生的反應依次為：2H⁺+2 e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案為：2H⁺+2 e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（3）有機相和水相不互溶，分離有機相和水相通常利用分液的方法，使用的儀器為分液漏斗；
加入有機萃取劑富集Cu²⁺，分離Cu²⁺與其它金屬陽離子；
故答案為：分液漏斗；富集Cu²⁺，分離Cu²⁺與其它金屬陽離子；
（4）向有機相中加入一定濃度的硫酸，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，
故答案為：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）電解uSO₄溶液，發生反應2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液中n（CuSO₄）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，生成銅3.2g，物質的量為

3.2g

64g/mol

=0.05mol，故生成H₂SO₄0.05mol，溶液中CuSO₄為0.1mol-0.05mol=0.05mol，電解后的溶液為CuSO₄、H₂SO₄混合溶液，溶液呈酸性，溶液中銅離子水解、水發生電離，故n（H⁺）＞0.05mol×2=0.1mol，n（SO₄^2-）=0.1mol，n（Cu²⁺）＜0.05mol，溶液中氫氧根濃度很小，故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、對工藝原理的理解、常用化學用語、離子濃度比較等，題目綜合性較大，是對所學知識的綜合考查，需要學生具有知識的基礎與分析、解決問題的能力，難度中等，（5）中注意根據物質的量判斷離子大小．