Question

17．工业上用某矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）提取铜的操作流程如下：

已知：Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O
（1）实验操作I的名称为过滤；在空气中灼烧固体混合物D时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有坩埚（填仪器名称）．
（2）滤液A中铁元素的存在形式为Fe²⁺ （填离子符号），生成该离子的离子方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，检验滤液A中存在该离子的试剂为KSCN溶液、氯水（填试剂名称）．
（3）金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（4）常温下，等pH的NaAlO₂和NaOH两份溶液中，由水电离出的c（OH^-）前者为后者的10⁸倍，则两种溶液的pH=11．
（5）①利用电解法进行粗铜精炼时，下列叙述正确的是bc（填代号）．
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu²⁺浓度减小
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系
②从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂，测定粗铜样品中金属铜的质量分数，涉及的主要步骤为：称取一定质量的样品→将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后→过滤、洗涤、干燥→称量剩余固体铜的质量．（填缺少的操作步骤，不必描述操作过程的细节）

Answer 1

分析 矿渣和盐酸反应，氧化铝、氧化亚铜和氧化铁与盐酸反应生成氯化物，氧化亚铜和盐酸反应生成氯化铜和铜，二氧化硅和盐酸不反应，所以固体混合物B有铜和二氧化硅，滤液A含有氯化亚铁、氯化铜和氯化铝；向滤液A中充入过量氢氧化钠，生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀，同时生成偏铝酸钠，所以固体混合物D是氢氧化铁和氢氧化铜，滤液C是偏铝酸钠和氢氧化钠溶液；氢氧化铁和氢氧化铜在空气中灼烧生成氧化铜和氧化铁，所以固体混合物F是氧化铜和氧化 铁；偏铝酸钠溶液得到的单质E是金属铝．
（1）根据分离溶液和沉淀；根据灼烧过程所需要用到的仪器分析即可；
（2）依据提取流程图可知，加入过量盐酸，氧化铁和氧化铝全部溶解为氯化铁和氯化铝溶液，Cu₂O与盐酸反应生成氯化铜、铜和水，生成的铜能与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜，二氧化硅不溶于盐酸为沉淀；三价铁离子与KSCN溶液发生反应生成红色物质来检验三价铁离子；
（3）根据铝热反应的原理来书写；
（4）设溶液的PH为X，然后求出由水电离出的c（OH^-），利用由水电离出的c（OH^-）前者为后者的10⁸倍求出X；
（5）①a．电能转化为化学能、热能；
b．粗铜接电源正极，失去电子，发生氧化反应
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu²⁺浓度减小
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量存在关系；
②要测定铜的质量分数，可以把浓硫酸稀释，铜和稀硫酸不反应，氧化铜和稀硫酸反应，即可求出铜的质量分数．设计方案的主要步骤是将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后，过滤，干燥，称量剩余固体铜的质量即可．

解答 解：（1）实验操作I步骤中分离溶液和沉淀的操作名称为过滤，在空气中灼烧固体混合物D时，所用到的仪器有坩埚、泥三角、三角架、酒精灯，玻璃棒，
故答案为：过滤；坩埚；
（2）依据提取流程图可知，加入过量盐酸，氧化铁和氧化铝全部溶解为氯化铁和氯化铝溶液，Cu₂O与盐酸反应生成氯化铜、铜和水，生成的铜能与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜，方程式为：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，二氧化硅不溶于盐酸为沉淀，所以滤液A中铁元素的存在形式为亚铁离子，可用氯水将其氧化成三价铁离子，三价铁离子与KSCN溶液发生反应生成红色物质来检验三价铁离子，
故答案为：Fe²⁺；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；KSCN溶液、氯水；
（3）铝与氧化铁发生铝热反应的化学方程式为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，故答案为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（4）设溶液的PH为X，NaAlO₂溶液中由水电离出的c（OH^-）=10^X-14mol/L，NaOH溶液中由水电离出的c（OH^-）=10^-Xmol/L，$\frac{10{\;}^{X-14}}{10{\;}^{-X}}$=10⁸，解得X=11，故答案为：11；
（5））①a．电能部分转化为化学能，故a错误；
b．粗铜接电源正极，失去电子，发生氧化反应，故b正确；
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu²⁺浓度减小，故c正确；
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量存在关系：电路中通过3.01×10²³个电子，得到精铜的质量为16g，故d错误；
故选：bc；
②要测定铜的质量分数，可以把浓硫酸稀释，铜和稀硫酸不反应，氧化铜和稀硫酸反应，即可求出铜的质量分数．设计方案的主要步骤是将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后，过滤，干燥，称量剩余固体铜的质量即可；
故答案为：将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后．

点评 本题以矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）提取铜为背景，主要考查了物质的性质、化学方程式、电解原理等，难度不大．