Question

（8分）已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不反应）。某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。步骤一：电解精制：

请回答以下问题：电解时，阴极上的电极反应式为                    ；

步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：

（1）阳极泥的综合利用：

稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请你写出该步反应的离子方程式：              。

残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的知识，以下是他们获取的一些信息：

序号	反应	平衡常数
1	Au + 6HNO3（浓）= Au(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O	<< 1
2	Au3+ + 4Cl— =  AuCl4—	>>1

 

从中可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物），请你简要解释金能够溶于王水的原因：                                      

（2）滤液含量的测定： 以下是该小组探究滤液的一个实验流程：

则100ml滤液中Fe²⁺的浓度为          mol·L^-1

 

Answer 1

【答案】

步骤一： Cu²⁺+2e ＝ Cu  3Ag + 4H⁺ + NO₃^— ＝ 3Ag⁺ + NO ↑+ 2H₂O   浓盐酸含有大量氯离子，Au³⁺ 离子与氯离子形成稳定的AuCl₄^—离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中。　0.1

【解析】

试题分析：步骤一：电解精制铜。电解精炼铜时，以粗铜作阳极，以精铜作阴极，阳极发生氧化反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极发生还原反应: Cu²⁺ +2e^-= Cu. （1）步骤二.粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属.在铜在阳极被氧化为铜离子时，比铜活泼的锌、铁也被氧化成离子进入溶液。Zn-2e^-=Zn²⁺；Fe-2e^-=Fe²⁺。比铜弱的银、金则以固体的形式存在阳极的下面沉淀中。俗称阳极泥。稀硝酸和银反应的离子方程式：3Ag + 4H⁺ + NO₃^- ＝ 3Ag⁺ + NO ↑+ 2H₂O。金能够被王水溶解原因是浓盐酸含有大量氯离子，Au³⁺ 离子与氯离子形成稳定的AuCl₄^—离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中。（2）由（1）的分析知：在100ml的滤液中含有Cu²⁺、Fe²⁺ Zn²⁺。当向其中加入足量的Fe粉时发生反应：Fe+Cu²⁺= Cu +Fe²⁺。得到的固体中含有过量的Fe和反应产生的Cu。经过酸浸时Fe与酸反应转化为Fe²⁺进入溶液中，剩余不反应的Cu单质。3.2g固体就是Cu的质量。n(Cu)=3.2g÷64g/mol=0.05mol. 在100ml的溶液中加入足量的Fe粉过滤得到的含有Fe²⁺和Zn^2+。当向其中加入足量的氢氧化钠溶液时发生反应：Zn²⁺+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O; Fe²⁺2OH ^-=Fe(OH)₂↓.沉淀为Fe(OH)₂。沉淀经洗涤、烘干在空气中充分灼烧发生反应：4 Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4 Fe(OH)₃, 2Fe(OH)₃ Fe₂O₃+3H₂O.最后得到的固体为Fe₂O₃，质量为4.8g.n(Fe₂O₃)=4.8g÷160g/mol=0.03mol.所以n(Fe)=2 n(Fe₂O₃)=0.06mol.在Fe+Cu²⁺= Cu +Fe²⁺中由于n(Cu)= 0.05mol,所以发生该反应产生的Fe²⁺的物质的量为0.05mol。因此原溶液中含有的Fe²⁺的物质的量为：0.06mol-0.05mol=0.01mol.故100ml滤液中Fe²⁺的浓度为：C=n÷V=0.01mol÷0.1L=0.1mol/L.

考点：考查粗铜的电解法提纯及对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定的知识。