Question

9．某銅礦石含氧化銅、氧化亞銅、三氧化二鐵和大量脈石（SiO₂），現采用酸浸法從礦石中提取銅，其流程圖如下：

已知：①當礦石中三氧化二鐵含量太低時，可用硫酸和硫酸鐵的混合液浸出銅；②反萃取后的水層是硫酸銅溶液，Cu²⁺濃度約為50g/L．回答下列問題：
（1）礦石用稀硫酸浸出過程中氧化亞銅發生的反應為：Cu₂O+2H⁺═Cu²⁺+Cu+H₂O；請寫出該過程中發生的另一個氧化還原反應的離子方程式：Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（2）寫出用惰性電極電解水層的電解總反應方程式：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$O₂↑+2Cu+2H₂SO₄．
（3）循環中反萃取劑B的主要成分是H₂SO₄．
（4）某銅礦石樣品中，若僅含氧化亞銅、三氧化二鐵和脈石三種物質．取該礦石樣品200.0g，用100mL1.0mol•L^-1H₂SO₄溶液浸取后，還需加入10mL 1.0mol•L^-1 Fe₂（SO₄）₃溶液才能使銅全部浸出，浸取液經充分電解后可得到 6.4gCu．求銅礦石樣品中氧化亞銅和氧化鐵的質量分數？

Answer 1

分析 （1）氧化銅、三氧化二鐵均可以和強酸發生反應生成鹽和水，金屬銅和三價鐵之間發生氧化還原反應；
（2）水層為硫酸銅溶液，電解硫酸銅溶液生成銅、硫酸和氧氣；
（3）反萃取后的水層是硫酸銅溶液，由電解知生成硫酸，所以循環中反萃取劑B是硫酸；
（4）依據反應過程中銅元素守恒計算氧化亞銅含量；依據氧化還原反應的電子守恒計算氧化鐵的質量分數．

解答 解：（1）礦石用稀硫酸浸出過程中氧化亞銅發生的反應為，Cu₂O+2H⁺═Cu²⁺+Cu+H₂O；金屬銅和三價鐵之間發生氧化還原反應；反應的離子方程式為：Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；
故答案為：Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）水層為硫酸銅溶液，電解硫酸銅溶液生成銅、硫酸和氧氣，發生反應的方程式為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$O₂↑+2Cu+2H₂SO₄；
故答案為：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$O₂↑+2Cu+2H₂SO₄ ；
（3）反萃取后的水層是硫酸銅溶液，由電解知生成硫酸，所以循環中反萃取劑B是硫酸；
故答案為：H₂SO₄；
（4）取該礦石樣品200.0g，用100mL1.0mol•L^-1H₂SO₄溶液浸取后，還需加入10mL 1.0mol•L^-1 Fe₂（SO₄）₃溶液才能使銅全部浸出，浸取液經充分電解后可得到 6.4gCu；依據銅元素守恒氧化亞銅中的銅元素最后生成銅，銅Cu物質的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol；氧化亞銅物質的量為0.05mol；質量為0.05mol×144g/mol=7.2g；Cu₂O%=$\frac{7.2g}{200g}$×100%=3.6%；依據氧化還原反應電子守恒Fe³⁺～Cu⁺～Cu計算得到：n（Fe³⁺）=0.1mol；原樣品中鐵元素物質的量為=0.1mol-0.02mol=0.08mol；
所以Fe₂O₃物質的量為：0.04mol，質量分數=$\frac{0.04mol×160g/mol}{200g}$×100%=3.2%，
答：Cu₂O的質量分數：3.6%； Fe₂O₃的質量分數：3.2%．

點評 本題看似考察酸浸法從礦石中提取銅這樣一個復雜的工藝流程，實際上考察了常見金屬及其化合物的性質、電解精煉銅，及對有機物結構的結構分析，題目難度較大．