Question

通過火法冶金煉出的銅是粗銅，含有Zn、Fe、Ag、Au等雜質(zhì)．在實(shí)驗(yàn)室條件下用CuSO₄溶液作電解液進(jìn)行電解精煉，并對(duì)電解廢液進(jìn)行綜合處理．
（1）電解精煉時(shí)粗銅板作

 

極，陰極電極反應(yīng)式為

 

．電解過程中，電解液中c（Cu²⁺）

 

（填變大、變小、不變）．對(duì)電解廢液進(jìn)行如下處理：

已知：①某些金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH如下表

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
開始沉淀	2.3	7.5	4.7	5.4
完全沉淀	3.2	9.7	6.7	8.0

②Zn（OH）₂+2NaOH  Na₂ZnO₂+2H₂O
（2）濾液l中加入H₂O₂發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是

 

．
（3）加NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是

 

．
（4）濾渣1跟稀HNO₂反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
（5）濾液2通過

 

、

 

、過濾、

 

、干燥等系列操作，得到膽礬晶體．
（6）測定電解廢液的組成：

則濾液1中c（Cu²）=

 

mol?L^-1，c（Fe²⁺）=

 

mol?L^-1．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理

專題：電化學(xué)專題

分析：（1）電解精煉銅時(shí)，精銅做陰極，粗銅作陽極，陰極上是銅離子得電子；根據(jù)鋅、鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)分析；
（2）滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子便于除去，且不引入雜質(zhì)，據(jù)此書寫方程式；
（3）慢慢加入氫氧化鈉，攪拌，以控制溶液pH，目的是讓三價(jià)鐵離子完全沉淀，銅離子不沉淀；
（4）根據(jù)精煉銅原理，濾渣1為比銅還不活潑的Ag、Au，金屬銀可以和硝酸反應(yīng)得到硝酸銀以及水和一氧化氮，金不反應(yīng)，據(jù)此書寫方程式；
（5）濾液2通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等系列操作，得到膽礬晶體；
（6）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理結(jié)合原子守恒的思想來計(jì)算回答．

解答： 解：（1）在電解精煉銅時(shí)，陽極反應(yīng)是金屬鋅、鐵、鎳等先失電子，陰極上是銅離子得電子產(chǎn)生銅，電解反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-═Cu，精銅做陰極，粗銅作陽極；硫酸銅的濃度會(huì)變小，原因是鋅、鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)，故答案為：陽；Cu²⁺+2e^-═Cu；變��；
（2）滴加H₂O₂能將亞鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子便于除去，過氧化氫為氧化劑，二價(jià)鐵為還原劑，所以反應(yīng)為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）除去鐵離子得到純凈的硫酸銅溶液，根據(jù)沉淀PH范圍可知，應(yīng)調(diào)節(jié)PH，使三價(jià)鐵完全沉淀，銅離子不沉淀，所以加NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是3.2≤pH＜4.7，故答案為：3.2≤pH＜4.7；
（4）金屬銀可以和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銀、一氧化氮和水，金不反應(yīng)，所以濾渣1與硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Ag+4HNO₃═3AgNO₃+NO↑+2H₂O；故答案為：3Ag+4HNO₃═3AgNO₃+NO↑+2H₂O；
（5）濾液2通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等系列操作，得到膽礬晶體，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；洗滌；
（6）50mL的濾液中含有亞鐵離子、銅離子、鋅離子，當(dāng)加入足量的金屬Fe以后，會(huì)將金屬銅全部置換出來，所以生成的1.6g金屬是Cu，所以銅離子的濃度c=

n

V

=

1.6 64

0.05

mol/L=0.5 mol/L，
亞鐵離子和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，在空氣中更易被氧化為氫氧化鐵，受熱分解生成的氧化鐵的質(zhì)量是2.4g，根據(jù)原子守恒，亞鐵離子的物質(zhì)的量是：

2.4g

160g/mol

×2=0.03mol，所以加入鐵粉后的濾液中亞鐵離子的濃度c=

n

V

=

0.03mol

0.05L

=0.6mol/L，由于加入了鐵粉，鐵與溶液中的鐵離子反應(yīng)生成了亞鐵離子，所以50mL濾液中亞鐵離子的濃度為：0.6mol/L-0.5 mol/L=0.1mol/L，
故答案為：0.5；0.1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電解精煉銅原理以及電解液的分離與提純，綜合性較強(qiáng)，考查角度廣，難度較大．