【題目】以黃銅礦精礦為原料,制取硫酸銅及金屬銅的工藝如下所示:

. 將黃銅礦精礦(主要成分為CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎

. 采用如下裝置進(jìn)行電化學(xué)浸出實(shí)驗(yàn)

將精選黃銅礦粉加入電解槽陽極區(qū),恒速攪拌,使礦粉溶解。在陰極區(qū)通入氧氣,并加入少量催化劑。

. 一段時(shí)間后,抽取陰極區(qū)溶液,向其中加入有機(jī)萃取劑(RH)發(fā)生反應(yīng):

2RH(有機(jī)相)+Cu2+(水相)R2Cu(有機(jī)相)+2H(水相)

分離出有機(jī)相,向其中加入一定濃度的硫酸,使Cu2+得以再生。

. 電解硫酸銅溶液制得金屬銅。

1)黃銅礦粉加入陽極區(qū)與硫酸及硫酸鐵主要發(fā)生以下反應(yīng):

CuFeS2+4H=Cu2++Fe2++2H2S

2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H

陽極區(qū)硫酸鐵的主要作用是 。

電解過程中,陽極區(qū)Fe3+的濃度基本保持不變,原因是 。

2)陰極區(qū),電極上開始時(shí)有大量氣泡產(chǎn)生,后有固體析出,一段時(shí)間后固體溶解。寫出上述現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的反應(yīng)式 。

3)若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行步驟,分離有機(jī)相和水相的主要實(shí)驗(yàn)儀器是 ;加入有機(jī)萃取劑的目的是 。

4)步驟,向有機(jī)相中加入一定濃度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是

5步驟,若電解200mL0.5 mol/LCuSO4溶液,生成銅3.2 g,此時(shí)溶液中離子濃度由大到小的順序是 。(忽略電解前后溶液體積的變化)

【答案】1吸收硫化氫氣體,防止環(huán)境污染Fe2+-e=Fe3+;

22H++2e=H2↑,Cu2++2e=Cu,2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O

3分液漏斗,富集Cu2+,分離Cu2+與其它金屬陽離子

4增大H+濃度,使平衡2RH(有機(jī)相+Cu2+(水相R2Cu(有機(jī)相+2H(水相逆向移動(dòng),Cu2+進(jìn)入水相得以再生

5c(H+>c(SO42->c(Cu2+>c(OH。

【解析】

試題分析:(1)根據(jù)陽極區(qū)的Fe3+的濃度基本保持不變,說明有消耗陽極區(qū)的主要反應(yīng)H2S有毒,對(duì)環(huán)境有污染,因此硫酸鐵的作用是吸收硫化氫氣體防止環(huán)境污染;②就有生成,因此在陽極區(qū)Fe2+-2e=Fe3+;(2根據(jù)電解原理,以及信息,有氣泡產(chǎn)生,2H+2e=H2↑,有固體產(chǎn)生Cu2++2e=Cu,固體消失2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O;(3)有機(jī)相和水相互不相溶,分離時(shí)采用分液方法,使用分液漏斗;金屬礦中金屬含量低,一般先采用富集,因此有機(jī)萃取的目的是負(fù)極Cu2+,分離Cu2+與其它金屬陽離子;(4 2RH有機(jī)相+ Cu2+水相 R2Cu有機(jī)相+ 2H水相),加入硫酸增加H濃度,促使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),Cu2+進(jìn)入水相得以再生;(5200mL0.5mol·L-1CuSO4溶液中n(Cu2+=200×10-3×0.5mol=0.1mol,電解一段時(shí)間后產(chǎn)生銅單質(zhì)3.2g,溶液中含有0.05molCuSO4, 2CuSO42H2O2Cu+O2↑+2H2SO4生成硫酸的物質(zhì)的量為0.05mol,因水也發(fā)生電離產(chǎn)生HOH,Cu2+發(fā)生水解因此離子濃度大小順序是:c(H+>c(SO42->c(Cu2+>c(OH。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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