Question

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，并对阳极泥中金属进行回收．
步骤一：电解精制：
请回答以下问题：
（1）电解时，粗铜应与电源的

 

极相连．阴极上的电极反应式为

 

电解过程中，硫酸铜溶液的浓度会一定程度的

 

（选填：变大、不变、变小）
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：

（2）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-	K

从中可知，金很难与硝酸反应，但实验发现金却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1：3的混合物），请你先猜测表格中第二个反应的平衡常数K特点并简要解释金能够溶于王水的原因：

 

（3）若在0.10mol?L^-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH=8时，c （Cu²⁺）=

 

mol?L^-1（Ksp[Cu（OH）₂]═2.2×10^-20）．
（4）初中我们学到的知识：铜是一种比较稳定的金属，请你以现在的知识设计一套简单实验装置使铜与稀硫酸反应

 

（要求：画出简图并进行适当的标注）

Answer 1

考点：铜的电解精炼

专题：电化学专题

分析：步骤一：（1）电解精炼铜时，精铜做阴极，粗铜作阳极，阴极上是铜离子得电子；根据锌、铁与硫酸铜发生置换反应分析；
步骤二：（2）金属银可以和硝酸反应得到硝酸银以及水和一氧化氮；金离子可以和氯离子之间发生反应，形成稳定的AuCl₄^-离子，可以根据化学平衡移动原理来解释；
（3）pH=8的NaOH溶液中氢氧根离子的物质的量浓度=

10-14

10-8

=10^-6 mol/L，根据溶度积常数及溶液中氢氧根离子浓度计算出c（Cu²⁺）；
（4）使铜与稀硫酸反应生成硫酸铜与氢气，应设计成电解池，铜为阳极，电解质溶液为硫酸，阴极可为碳．

解答： 解：步骤一：（1）在电解精炼铜时，阳极反应是金属锌、铁、镍等先失电子，阴极上是铜离子得电子产生铜，电解反应为：Cu²⁺+2e-═Cu，精铜做阴极，粗铜作阳极；硫酸铜的浓度会变小，原因是锌、铁与硫酸铜发生置换反应，故答案为：正；Cu²⁺+2e-═Cu；变小；
步骤二：（2）据表格推断K应该很大，金属银可以和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，反应的离子方程式为：3Ag+4H⁺+NO₃^-═3Ag⁺+NO↑+2H₂O；根据表中的信息，Au+6HNO₃（浓）═Au（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O，并且Au³⁺+4Cl^-═AuCl₄^-，在王水中，含有浓硝酸和浓盐酸，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，
故答案为：K应该很大；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1平衡向右移动，则金溶于王水中；
（3）根据题给Cu（OH）₂的溶度积即可确定pH=8时，c（OH^-）=10^-6mol/L，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，则：c（Cu²⁺）=

2.2×10-20

(1×10-6)2

=2.2×10^-8mol?L^-1，
故答案为：2.2×10^-8；
（4）使铜与稀硫酸反应生成硫酸铜与氢气，应设计成电解池，铜为阳极，电解质溶液为硫酸，阴极可为碳，装置图为，
故答案为：．

点评：本题考查了电解原理，涉及了电解精炼铜、化学平衡移动原理以及溶度积计算应用的综合知识，考查角度广，难度较大．