Question

以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：
Ⅰ．将黄铜矿精矿（主要成分为CuFeS₂，含有少量CaO、MgO、A1₂O₃）粉碎．
Ⅱ．采用如下装置进行电化学浸出实验将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区，恒速搅拌，使矿粉溶解．在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂．   
Ⅲ．一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂嘏罩勤发生反应：2RH（有机物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相），分离出有机相，向其中加入一定浓度是硫酸，使Cu²⁺得以再生，
IV．电解硫酸铜溶液制得金属Cu
（1）黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：
CuFeS₂+4H⁺=Fe²⁺+Cu²⁺+2H₂S↑    2 Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺
①阳极区硫酸铁的主要作用是

 

②电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，原因是

 

（2）阴极区，电极上开始时有大量气泡产生，后有固体析出，一段时间后，固体溶解析出，上述现象对应的反应式

 

（3）若在实验室进行分离有机相和水相的主要实验仪器是

 

；加入有机萃取剂的目的是

 

（4）步骤III，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu²⁺得以再生的原理是

 

（5）步骤IV，若电解200mL0.5mol/L的硫酸铜溶液生成Cu3.2g，此时溶液中离子浓度大小顺序是

 

．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）①H₂S有毒，会污染空气；
②阳极上亚铁离子失电子生成铁离子；
（2）阴极上氢离子放电生成氢气，铜离子放电生成Cu，酸性条件下，Cu和氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜；
（3）互不相溶的液体采用分液方法分离；R₂Cu（有机相）易溶于有机溶剂而达到与其它金属阳离子分离的目的；
（4）增大氢离子浓度，促进2RH（有机物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）向逆反应方向移动；
（5）原溶液中n（CuSO₄）=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，析出n（Cu）=

3.2g

64g/mol

=0.05mol＜0.1mol，
所以溶液中还含有0.05mol硫酸铜，根据硫酸根离子守恒知，还存在0.05mol硫酸，水还电离出部分氢离子，据此判断离子浓度大小．

解答： 解：（1）①H₂S有毒，会污染空气，铁离子将硫化氢氧化而降低污染，故答案为：吸收硫化氢气体，防止污染环境；
②阳极上亚铁离子失电子生成铁离子，电极反应式为Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，所以铁离子浓度基本不变，故答案为：Fe²⁺-e^-=Fe³⁺；
（2）阴极上氢离子放电生成氢气，铜离子放电生成Cu，酸性条件下，Cu和氧气发生氧化还原反应生成硫酸铜，所以反应方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（3）有机相和水相不互溶且都是液态，所以可以采用分液方法分离，用到的仪器是分液漏斗；R₂Cu（有机相）易溶于有机溶剂而达到与其它金属阳离子分离的目的，故答案为：分液漏斗；富集铜离子，分离铜离子与其它金属阳离子；
（4）加入稀硫酸时，硫酸电离出氢离子导致溶液中氢离子浓度增大，促进2RH（有机物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）向逆反应方向移动，所以Cu²⁺得以再生，
故答案为：增大氢离子浓度，使2RH（有机物）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）向逆反应方向移动；
（5）原溶液中n（CuSO₄）=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，析出n（Cu）=

3.2g

64g/mol

=0.05mol＜0.1mol，
根据Cu原子守恒知，溶液中还含有0.05mol硫酸铜，根据硫酸根离子守恒知，还存在0.05mol硫酸，水还电离出部分氢离子，则溶液中离子浓度大小顺序是c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案为：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）．

点评：本题考查电解原理，涉及离子浓度大小比较、化学平衡移动影响因素、氧化还原反应等知识点，知道常见混合物分离和提纯方法，注意（5）题电解后溶液中的溶质是解本题关键，注意该混合溶液中水还电离，很多同学往往漏掉水电离而得到c（H⁺）=c（SO₄^2-），导致该题错误，为易错点．