Question

16．銅在自然界存在于多種礦石中．
（Ⅰ）以硅孔雀石（主要成分為CuSiO₃•2H₂O，含少量SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等雜質）為原料制取硫酸銅的工藝流程如下：

已知：Fe³⁺、Cu²⁺和Fe²⁺以氫氧化物形式完全沉淀時，溶液的pH分別為3.2、6.7和9.7．
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄發生反應的化學方程式CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O．
（2）“溶浸”中，選取濃度為20% H₂SO₄為浸出劑，銅的浸出率與浸出時間的關系見圖1．由圖1可得，隨著浸出時間的增長，①銅的浸出率相應增加；②浸出時間超過24小時后，銅的浸出率變化不是很明顯．（至少寫一條變化規律）

（3）“除雜”中，加入MnO₂的作用是2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺（用離子方程式表示）．“除雜”中需在攪拌下加入石灰乳以調節溶液的pH到3～4，沉淀部分雜質離子，分離得濾液．濾渣的主要成分為Fe（OH）₃．
（Ⅱ）以黃銅礦（主要成分為CuFeS₂）為原料煉制精銅的工藝流程如下：
黃銅礦$\stackrel{焙燒}{→}$精銅冰銅（Cu₂S和FeS）$\stackrel{還原}{→}$粗銅$\stackrel{電解精煉}{→}$精銅
（4）“還原”工藝中其中一個反應為：Cu₂S+2Cu₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑，該反應的氧化劑是Cu₂O、Cu₂S．
（5）粗銅含少量Fe、Ag、Au等金屬雜質，電解精煉銅時，陰極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu．完成圖2中由粗銅電解得到精銅的示意圖，并作相應標注．

Answer 1

分析 硅孔雀石加硫酸溶浸，發生的反應為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，FeCO₃、Fe₂O₃與硫酸反應生成二價鐵和三價鐵離子，則浸出液中含有二價銅、二價鐵和三價鐵離子，再加二氧化錳，將二價鐵氧化成三價鐵離子，進一步除雜最終得到硫酸銅晶體，
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄發生生成硫酸銅、硅酸和水；
（2）根據圖象分析，隨著浸出時間的增長，①銅的浸出率相應增加；②浸出時間超過24小時后，銅的浸出率變化不是很明顯；
（3）根據實驗目的除去鐵，則二氧化錳將二價鐵氧化成三價鐵；根據pH到3～4Fe³⁺完全沉淀分析；
（4）根據反應化合價降低的為氧化劑判斷；
（5）電解精煉銅時，粗銅應該放在陽極，精銅為陰極，發生還原反應 Cu²⁺+2e^-=Cu，電解質溶液為硫酸銅溶液．

解答 解：硅孔雀石加硫酸溶浸，發生的反應為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，FeCO₃、Fe₂O₃與硫酸反應生成二價鐵和三價鐵離子，則浸出液中含有二價銅、二價鐵和三價鐵離子，再加二氧化錳，將二價鐵氧化成三價鐵離子，進一步除雜最終得到硫酸銅晶體，
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄發生生成硫酸銅、硅酸和水，方程式為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，
故答案為：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O；
（2）根據圖象變化趨勢，隨著浸出時間的增長，①銅的浸出率相應增加；②浸出時間超過24小時后，銅的浸出率變化不是很明顯，
故答案為：①銅的浸出率相應增加；②浸出時間超過24小時后，銅的浸出率變化不是很明顯；
（3）因為要將鐵轉化成氫氧化鐵除去，則二氧化錳將二價鐵氧化成三價鐵，離子方程式為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；pH到3～4只有Fe³⁺完全沉淀，所以濾渣的主要成分為氫氧化鐵，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；Fe（OH）₃；
（4）Cu₂S+2Cu₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑，化合價發生降低有Cu₂O、Cu₂S，所以氧化劑為：Cu₂O、Cu₂S，
故答案為：Cu₂O、Cu₂S；
（5）電解精煉銅時，粗銅應該放在陽極，精銅為陰極，發生還原反應 Cu²⁺+2e^-=Cu，電解質溶液為硫酸銅溶液，
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；．

點評 本題考查銅及其化合物的性質，主要是流程分析，產物判斷，電解池原理的應用，特別是閱讀信息、處理信息的能力，難度稍大．