Question

如圖為細菌冶銅和火法冶銅的主要流程．

（1）①寫出用惰性電極電解硫酸銅溶液的化學方程式：

 

（電解過程中，始終無氫氣產(chǎn)生）．
②若電解一定時間后，外加0.1mol的氫氧化銅可使電解液恢復到電解前的濃度，電路中轉移電子物質(zhì)的量

 

．
（2）細菌冶金又稱微生物浸礦，是近代濕法冶金工業(yè)上的一種新工藝．細菌冶銅與火法冶銅相比，優(yōu)點為

 

（寫出一點即可）．
（3）用惰性電極分別電解濃的氯化銅溶液和硫酸銅溶液．電解濃的氯化銅溶液時發(fā)現(xiàn)陰極有金屬銅生成，同時陰極附近會出現(xiàn)棕褐色溶液．而電解硫酸銅溶液時，沒有棕褐色溶液生成．下面是關于棕褐色溶液成分的探究：
①有同學認為，陰極附近出現(xiàn)的棕褐色溶液是氯氣反應的結果，你認為他的猜測是否正確？

 

（填“正確”或“不正確“），原因是

 

．
資料1：
一般具有混合價態(tài)（指化合物中同一元素存在兩種不同的化合價，如Fe₃O₄中的Fe元索）的物質(zhì)的顏色比單一價態(tài)的物質(zhì)的顏色要深．
資料2：
CuCl微溶于水，能溶于濃鹽酸．
②猜想：棕褐色溶液中可能含有的離子是

 

（填3種主要離子符號）．
③驗證猜想：完成實驗方案（配制棕褐色溶液）．取少量

 

固體于試管中，加入

 

使其溶解，再加入

 

溶液，觀察現(xiàn)象．
④已知電解前，U形管中加入了100mL 0.5mol?L^-1 CuCl₂溶液，電解結朿時電路中一共轉移了0.03mol電子，且陰極生成0.64g銅，則形成的低價陽離子的物質(zhì)的量為

 

mol．

Answer 1

分析：（1）①惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液，陰極，發(fā)生Cu²⁺+2e^-═Cu，陽極，溶液中的氫氧根離子放電，4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑；
②電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性，向電解后的溶液中加入0.1mol的氫氧化銅可使電解液恢復到電解前的濃度，氫氧化銅和硫酸反應生成硫酸銅、水，依據(jù)電解硫酸銅溶液的反應過程，分析加入氫氧化鐵恢復溶液濃度是電解硫酸銅溶液，電解水的過程分析判斷；
（2）從能源及操作等方面來考慮細菌冶銅的優(yōu)點；
（3）用惰性電極電解氯化銅溶液，第一階段：陽極發(fā)生氧化反應：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極發(fā)生還原反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑；電解硫酸銅溶液時第一階段：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，
①電解濃的氯化銅溶液，第二階段電解水，陰極還會產(chǎn)生氫氣，陰極不可能生成氯氣；
②根據(jù)混合價態(tài)的物質(zhì)的顏色比單一價態(tài)的物質(zhì)的顏色深、CuCl微溶于水，能溶于濃鹽酸分析解答；
③根據(jù)CuCl、CuCl₂的性質(zhì)分析解答；
④利用電子守恒法解答，生成0.64g銅轉移0.02mol電子，還有0.01mol電子為+2價銅離子得電子生成+1價的銅離子，據(jù)此分析解答；

解答：解：（1）①用惰性電極電解硫酸銅溶液，電解過程中，始終無氫氣產(chǎn)生，則陰極發(fā)生Cu²⁺+2e^-═Cu，陽極氫氧根離子放電，4OH^--4e^-═H₂O+O₂↑，總反應為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案為：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄；
②用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液，通電一段時間后，向所得溶液中加入0.1molCu（OH）₂后恰好恢復到電解前的濃度，說明原來電解是開始電解硫酸銅溶液2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，隨后電解水2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，根據(jù)加入0.1molCu（OH）₂后恢復到電解前的濃度，Cu（OH）₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O根據(jù)原子守恒，將Cu（OH）₂化學式改變?yōu)镃uO?H₂O，所以加入0.1molCu（OH）₂就相當于加入0.1molCuO和0.1mol水，溶液中增加0.1mol氧化銅、0.1mol水，說明電解的硫酸銅為0.1mol，電解的水0.1mol，所以電解過程中轉移電子為：反應Cu²⁺+2e^-=Cu，轉移0.2mol電子，電解0.1mol水，2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，轉移電子物質(zhì)的量為0.2mol，所以共轉移電子0.4mol，
故答案為：0.4mol；
（2）濕法煉銅需在溶液中進行，相比濕法煉銅，細菌冶銅，在常溫下用生物冶銅，節(jié)約能源、環(huán)保、設備簡單、操作方便；工藝條件易控制、投資少、成本低，適宜處理爐渣，
故答案為：節(jié)約能源、環(huán)保、設備簡單、操作方便；工藝條件易控制、投資少、成本低；適宜處理爐渣；
（3）用惰性電極電解氯化銅溶液，第一階段：陽極發(fā)生氧化反應：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，陰極發(fā)生還原反應：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑；電解硫酸銅溶液時第一階段：2CuSO₄+2H₂O

電解  .

2Cu↓+O₂↑+2H₂SO₄，第二階段：2H₂O

電解  .

2H₂↑+O₂↑，
①用惰性電極電解氯化銅溶液，電解過程中陽離子向陰極移動，所以陰極：第一階段：Cu²⁺+2e^-=Cu，第二階段：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極不可能生成氯氣，所以陰極附近會出現(xiàn)棕褐色溶液，并不是氯氣反應的結果，
故答案為：不正確；陰極還會產(chǎn)生氫氣；
②根據(jù)題干信息，混合價態(tài)的物質(zhì)的顏色比單一價態(tài)的物質(zhì)的顏色深，銅有Cu²⁺、Cu⁺的離子，所以棕褐色溶液中可能含有的離子是Cu²⁺、Cu⁺，溶液中還可能存在陰離子Cl^-，
故答案為：Cu²⁺、Cu⁺、Cl^-；
③為了驗證溶液中是否存在Cu²⁺、Cu⁺，可通過對照試驗進行驗證，取少量氯化亞銅，固體于試管中，加入濃鹽酸使其溶解，再加入氯化銅溶液，觀察現(xiàn)象，
故答案為：氯化亞銅；濃鹽酸；氯化銅；
④100mL 0.5mol?L^-1 CuCl₂溶液中含0.05molCuCl₂，Cu²⁺+2e^-=Cu，生成0.64g銅轉移0.02mol電子，電解結朿時電路中一共轉移了0.03mol電子，根據(jù)題干信息，混合價態(tài)的物質(zhì)的顏色比單一價態(tài)的物質(zhì)的顏色深，所以還有0.01mol電子為+2價銅離子得電子生成+1價的銅離子，Cu²⁺+e^-=Cu⁺，則形成的低價陽離子的物質(zhì)的量為0.01mol，
故答案為：0.01；

點評：本題是實驗探究題，考查電解池以及相關元素化合物知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力的考查，注意把握氧化還原知識以及電子守恒的計算，題目難度中等．