Question

如图为细菌冶铜和火法冶铜的主要流程．

（1）①写出用惰性电极电解硫酸铜溶液的化学方程式：

 

（电解过程中，始终无氢气产生）．
②若电解一定时间后，外加0.1mol的氢氧化铜可使电解液恢复到电解前的浓度，电路中转移电子物质的量

 

．
（2）细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺．细菌冶铜与火法冶铜相比，优点为

 

（写出一点即可）．
（3）用惰性电极分别电解浓的氯化铜溶液和硫酸铜溶液．电解浓的氯化铜溶液时发现阴极有金属铜生成，同时阴极附近会出现棕褐色溶液．而电解硫酸铜溶液时，没有棕褐色溶液生成．下面是关于棕褐色溶液成分的探究：
①有同学认为，阴极附近出现的棕褐色溶液是氯气反应的结果，你认为他的猜测是否正确？

 

（填“正确”或“不正确“），原因是

 

．
资料1：
一般具有混合价态（指化合物中同一元素存在两种不同的化合价，如Fe₃O₄中的Fe元索）的物质的颜色比单一价态的物质的颜色要深．
资料2：
CuCl微溶于水，能溶于浓盐酸．
②猜想：棕褐色溶液中可能含有的离子是

 

（填3种主要离子符号）．
③验证猜想：完成实验方案（配制棕褐色溶液）．取少量

 

固体于试管中，加入

 

使其溶解，再加入

 

溶液，观察现象．
④已知电解前，U形管中加入了100mL 0.5mol?L^-1 CuCl₂溶液，电解结朿时电路中一共转移了0.03mol电子，且阴极生成0.64g铜，则形成的低价阳离子的物质的量为

 

mol．

Answer 1

分析：（1）①惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，阴极，发生Cu²⁺+2e^-═Cu，阳极，溶液中的氢氧根离子放电，4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑；
②电解硫酸铜溶液后溶液呈酸性，向电解后的溶液中加入0.1mol的氢氧化铜可使电解液恢复到电解前的浓度，氢氧化铜和硫酸反应生成硫酸铜、水，依据电解硫酸铜溶液的反应过程，分析加入氢氧化铁恢复溶液浓度是电解硫酸铜溶液，电解水的过程分析判断；
（2）从能源及操作等方面来考虑细菌冶铜的优点；
（3）用惰性电极电解氯化铜溶液，第一阶段：阳极发生氧化反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极发生还原反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二阶段：2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑；电解硫酸铜溶液时第一阶段：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，第二阶段：2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑，
①电解浓的氯化铜溶液，第二阶段电解水，阴极还会产生氢气，阴极不可能生成氯气；
②根据混合价态的物质的颜色比单一价态的物质的颜色深、CuCl微溶于水，能溶于浓盐酸分析解答；
③根据CuCl、CuCl₂的性质分析解答；
④利用电子守恒法解答，生成0.64g铜转移0.02mol电子，还有0.01mol电子为+2价铜离子得电子生成+1价的铜离子，据此分析解答；

解答：解：（1）①用惰性电极电解硫酸铜溶液，电解过程中，始终无氢气产生，则阴极发生Cu²⁺+2e^-═Cu，阳极氢氧根离子放电，4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑，总反应为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄；
②用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.1molCu（OH）₂后恰好恢复到电解前的浓度，说明原来电解是开始电解硫酸铜溶液2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，随后电解水2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑，根据加入0.1molCu（OH）₂后恢复到电解前的浓度，Cu（OH）₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O根据原子守恒，将Cu（OH）₂化学式改变为CuO?H₂O，所以加入0.1molCu（OH）₂就相当于加入0.1molCuO和0.1mol水，溶液中增加0.1mol氧化铜、0.1mol水，说明电解的硫酸铜为0.1mol，电解的水0.1mol，所以电解过程中转移电子为：反应Cu²⁺+2e^-=Cu，转移0.2mol电子，电解0.1mol水，2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑，转移电子物质的量为0.2mol，所以共转移电子0.4mol，
故答案为：0.4mol；
（2）湿法炼铜需在溶液中进行，相比湿法炼铜，细菌冶铜，在常温下用生物冶铜，节约能源、环保、设备简单、操作方便；工艺条件易控制、投资少、成本低，适宜处理炉渣，
故答案为：节约能源、环保、设备简单、操作方便；工艺条件易控制、投资少、成本低；适宜处理炉渣；
（3）用惰性电极电解氯化铜溶液，第一阶段：阳极发生氧化反应：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，阴极发生还原反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二阶段：2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑；电解硫酸铜溶液时第一阶段：2CuSO₄+2H₂O

电解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，第二阶段：2H₂O

电解  .

2H₂↑+O₂↑，
①用惰性电极电解氯化铜溶液，电解过程中阳离子向阴极移动，所以阴极：第一阶段：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二阶段：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极不可能生成氯气，所以阴极附近会出现棕褐色溶液，并不是氯气反应的结果，
故答案为：不正确；阴极还会产生氢气；
②根据题干信息，混合价态的物质的颜色比单一价态的物质的颜色深，铜有Cu²⁺、Cu⁺的离子，所以棕褐色溶液中可能含有的离子是Cu²⁺、Cu⁺，溶液中还可能存在阴离子Cl^-，
故答案为：Cu²⁺、Cu⁺、Cl^-；
③为了验证溶液中是否存在Cu²⁺、Cu⁺，可通过对照试验进行验证，取少量氯化亚铜，固体于试管中，加入浓盐酸使其溶解，再加入氯化铜溶液，观察现象，
故答案为：氯化亚铜；浓盐酸；氯化铜；
④100mL 0.5mol?L^-1 CuCl₂溶液中含0.05molCuCl₂，Cu²⁺+2e^-=Cu，生成0.64g铜转移0.02mol电子，电解结朿时电路中一共转移了0.03mol电子，根据题干信息，混合价态的物质的颜色比单一价态的物质的颜色深，所以还有0.01mol电子为+2价铜离子得电子生成+1价的铜离子，Cu²⁺+e^-=Cu⁺，则形成的低价阳离子的物质的量为0.01mol，
故答案为：0.01；

点评：本题是实验探究题，考查电解池以及相关元素化合物知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，注意把握氧化还原知识以及电子守恒的计算，题目难度中等．