Question

15．從銀銅合金廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如圖：

已知：①鋁元素在溶液中的存在形態(tài)與溶液pH的關系如圖所示．

②室溫時，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=2.0×10^-20，當溶液中某種離子濃度小于1.0×10^-5mol/L時，認為該離子沉淀完全，lg5=0.7．
③Al（OH）₃和Cu（OH）₂開始分解的溫度分別為450℃和80℃．
請回答下列問題：
（1）電解精煉銀時，粗銀做陽極（填“陰”或“陽”），電解質選用AgNO₃溶液，陰極電極反應為Ag⁺+e^-=Ag．
（2）在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范圍在6.65-12，若控制不當，使NaOH過量可能會引起的反應的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（3）煅燒過程中發(fā)生多步反應，寫出最終生成CuAlO₂的反應的化學方程式：2Al₂O₃+4CuO=4CuAlO₂+O₂．
（4）若銀銅合金中銅的質量分數(shù)為64%，理論上1.0kg廢料中的銅可完全轉化為CuAlO₂，至少需要1.0mol•L^-1的Al₂（SO₄）₃溶液5L．

Answer 1

分析 由工藝流程圖可知，廢料在空氣中熔煉時，Cu被氧化，濾渣中含有CuO及少量Ag，向濾渣中加入硫酸進行酸浸，CuO與硫酸反應，過濾得到硫酸銅溶液（含有硫酸），濾渣A為Ag；在硫酸銅溶液中加入硫酸鋁、氫氧化鈉，煮沸、過濾得到Al（OH）₃和CuO，灼燒中會得到CuO、Al₂O₃，二者煅燒可得到CuAlO₂，濾渣A含有Ag，粗銀電解時，粗銀為陽極，在陰極上得到銀，可得到提純的目的，
（1）根據(jù)電解原理分析判斷，電鍍法精煉銀時，粗銀為陽極，精銀為陰極；
（2）依據(jù)圖象和溶度積常數(shù)計算銅離子和鋁離子完全沉淀所需的PH，未煮沸之前是Cu（OH）₂和Al（OH）₃，Cu（OH）₂分解的溫度為80℃判斷產(chǎn)物，根據(jù)氫氧化鋁顯兩性能與堿反應；
（3）根據(jù)化合價升降總數(shù)相等以及原子守恒來配平；
（4）根據(jù)銅元素守恒建立關系式：Cu～CuAlO₂來計算；根據(jù)鋁元素守恒建立關系式：Al₂（SO₄）₃～2CuAlO₂來計算．

解答 解：（1）電解法精煉銀時，粗銀為陽極，精銀為陰極，電解質為硝酸銀，陽極上失電子變成離子進入溶液了：Ag-e^-=Ag⁺，陰極銀離子得到電子形成單質銀：Ag⁺+e^-=Ag，
故答案為：陽；AgNO₃；Ag⁺+e^-=Ag；
（2）未煮沸之前是Cu（OH）₂和Al（OH）₃，Al（OH）₃和Cu（OH）₂，煮沸后Cu（OH）₂分解產(chǎn)生氧化銅，可知B為Al（OH）₃和CuO，在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范圍在鋁離子和銅離子全部沉淀，氫氧化鋁沉淀完全PH=12，室溫時，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=2.0×10^-20．（lg5=0.7），據(jù)此計算全部沉淀的PH，c²（OH^-）=$\frac{2×10{\;}^{-20}}{1×10{\;}^{-5}}$=2×10^-15，c（H⁺）=10^-6.65，PH=6.65，在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范圍在為：6.65-12，氫氧化鋁顯兩性能與堿反應：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，反應的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：6.65-12； Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）反應前Cu為+2價，反應后為+1，化合價降低1，Al化合價沒有變化，所以氧元素的化合價升高，生成氧氣，反應前氧為-2價，反應后為0，化合價升高2，兩者的最小公倍數(shù)是2，再根據(jù)原子守恒得：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑，
故答案為：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑；
（4）由關系式：Cu～CuAlO₂得n（CuAlO₂）=$\frac{1000g×64%}{64g/mol}$=10.0mol，則CuAlO₂為10.0mol，
由關系式：Al₂（SO₄）₃～2CuAlO₂得Al₂（SO₄）₃=n（CuAlO₂）×$\frac{1}{2}$=5.0mol，所以需要體積為$\frac{5mol}{1.0mol/L}$=5L，
故答案為：5．

點評 本題為工藝流程題，從廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品為背景，考查了電解原理、沉淀的判斷、氧化還原反應的配平以及化學計算，難度中等．