Question

如图是某有色金属冶炼厂以某铜矿石（主要成分为Cu₂S，且含有Fe、Zn硫化物）为原料冶炼铜的工艺流程，其冶炼过程中铜、硫回收率达到97%、87%．

（1）冶炼精铜矿制粗铜的主要反应方程式为

 

，从提高资源利用率和减排考虑，烟气中的主要废气可综合利用其制备

 

．
（2）以硫酸铜溶液为介质电解精炼铜时，阴极上的电极反应式为

 

；电解过程中，硫酸铜溶液的浓度会

 

（填“变大”“不变”或“变小”）．
（3）在精炼铜的过程中，电解质溶液中c（Fe²⁺）、c（Zn²⁺） 会逐渐增大而影响进一步电解．几种物质的溶度积常数（K_sp）如下：

物质	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Zn（OH）2	Cu（OH）2
Ksp	8.0×10-16	4.0×10-38	3.0×10-17	2.2×10-20

①调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法．根据上表中溶度积数据判断，含等物质的量浓度 Fe²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺的溶液，随pH升高最先沉淀下来的离子是

 

．
②一种方案是先加入过量的H₂O₂，再调节pH到4左右，加入H₂O₂后发生反应的离子方程式为

 

．
（4）为测定某铁铜合金组成比例，某同学将一定量该合金样品与某浓度的稀硝酸反应，当加入硝酸10mL，剩余金属1.8g，生成NO（标况）0.224L；再加入硝酸10mL，剩余金属0.96g，又生成NO（标况）0.224L；此时溶液中的金属离子是

 

，继续加入硝酸10mL，金属恰好全部溶解，又生成NO（标况）0.224L；则该合金中铁铜的物质的量之比为

 

．

Answer 1

分析：（1）某铜矿石主要成分为Cu₂S，流程分析判断Cu₂S和氧气反应生成铜和二氧化硫；依据烟气的成分为二氧化硫，结合二氧化硫的用途分析作用；
（2）根据电解原理分析电解精炼铜的阳极材料为粗铜；精铜做电解槽的阴极，铜离子得到电子发生还原反应写出阴极的电极反应，粗铜中的铁、锌等金属电解时是电子，依据电子守恒可知电解质溶液中铜离子难度减小；
（3）根据溶度积越大溶解度越大，随pH升高最先沉淀的是对应强氧化物的溶度积最小的离子分析；加入双氧水能够将亚铁离子氧化成铁离子，据此写出反应的离子方程式．
（3）根据溶度积越大溶解度越大，随pH升高最先沉淀的是对应强氧化物的溶度积最小的离子分析；加入双氧水能够将亚铁离子氧化成铁离子，据此写出反应的离子方程式；
（4）依据金属和稀硝酸反应生成的一氧化氮气体发生的氧化还原反应电子守恒计算分析．

解答：解：（1）某铜矿石主要成分为Cu₂S，流程分析判断Cu₂S和氧气反应生成铜和二氧化硫，反应的化学方程式Cu₂S+O₂

高温  .

2Cu+SO₂；依据烟气的成分为二氧化硫，结合二氧化硫的用途分析作用，废气可综合利用其制备硫酸、硫酸盐、亚硫酸盐等，
故答案为：Cu₂S+O₂

高温  .

2Cu+SO₂；硫酸、硫酸盐、亚硫酸盐等；
（2）根据电解原理分析电解精炼铜的阳极材料为粗铜；精铜做电解槽的阴极，铜离子得到电子发生还原反应写出阴极的电极反应为Cu²⁺+2e^-=Cu，粗铜中的铁、锌等金属电解时是电子，依据电子守恒可知电解质溶液中铜离子难度减小；
故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；  变小；
（3）①根据表中氢氧化物的溶度积可知，氢氧化铁的溶度积最小，其溶解度最小，所以随pH升高最先沉淀下来的离子是铁离子；
②双氧水能够将溶液中的亚铁离子氧化成铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：Fe³⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）将一定量该合金样品与某浓度的稀硝酸反应，当加入硝酸10mL，剩余金属1.8g，生成NO（标况）0.224L；再加入硝酸10mL，剩余金属0.96g，又生成NO（标况）0.224L，继续加入硝酸10mL，金属恰好全部溶解，又生成NO（标况）0.224L；
剩余金属1.8g，说明反应一定存在铁被稀硝酸氧化为亚铁离子，依据电子守恒Fe～Fe²⁺～2e^-，HNO₃～NO～3e^-，生成一氧化氮为0.01mol，则消耗铁物质的量为0.015mol，质量=0.015mol×56g/mol=0.84g；再加入硝酸10mL，剩余金属0.96g，金属质量减少为=1.8g-0.96g=0.84g，说明溶解的是铁，此时溶液中生成的是亚铁离子；
继续加入硝酸10mL，金属恰好全部溶解，又生成NO（标况）0.224L；若是减少的金属铜，则依据电子守恒可知质量减少为0.015mol×64g=0.96g，则金属减少0.96g；
由上述分析，金属铁为0.03mol，铜物质的量为0.015mol，合金中铁和铜物质的量之比为0.03：0.015=2：1，
故答案为：Fe²⁺；2：1．

点评：本题主要考查了工业电解冶炼金属铜原理、物质的分离和提纯、离子方程的书写，题目难度中等，注意掌握电解原理、物质的分离和提纯方法，试题培养了学生的分析、理解能力和实验设计能力．