Question

3．銅陵有色金屬集團(tuán)公司是電解銅產(chǎn)量全國(guó)第一的大型企業(yè)．其冶煉工藝中銅、硫回收率達(dá)到97%、87%．圖表示其冶煉加工的流程：

冶煉中的主要反應(yīng)為：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Cu+SO₂．
（1）碘循環(huán)工藝不僅能吸收SO₂降低環(huán)境污染，同時(shí)又能制得氫氣，具體流程如圖：

①用離子方程式表示反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化學(xué)平衡移動(dòng)的原理分析，在HI分解反應(yīng)中使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行．
③用吸收H₂后的稀土儲(chǔ)氫合金作為電池負(fù)極材料（用MH）表示），NiO（OH）作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質(zhì)溶液，可制得高容量、長(zhǎng)壽命的鎳氫電池．電池充放電時(shí)的總反應(yīng)為：Ni（OH）₂+M═NiO（OH）+MH，電池放電時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)式為MH+OH^--e^-=H₂O+M； 充電完成時(shí)，全部轉(zhuǎn)化為NiO（OH），若繼續(xù)充電，將在一個(gè)電極產(chǎn)生O₂，O₂擴(kuò)散到另一個(gè)電極發(fā)生電極反應(yīng)被消耗，從而避免產(chǎn)生的氣體引起電池爆炸，此時(shí)，陰極電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）在精煉銅的過(guò)程中，電解質(zhì)溶液中c（Fe²⁺）、c（Zn²⁺）會(huì)逐漸增大而影響進(jìn)一步電解．
幾種物質(zhì)的溶度積常數(shù)（K_sp）

物質(zhì)	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Zn（OH）2	Cu（OH）2
Ksp	8.0×10-16	4.0×10-38	3.0×10-17	2.2×10-20

①調(diào)節(jié)電解液的pH是除去雜質(zhì)離子的常用方法．根據(jù)上表中溶度積數(shù)據(jù)判斷，含有等物質(zhì)的量濃度Fe²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺的溶液，隨pH升高最先沉淀下來(lái)的離子是Fe³⁺．
②一種方案是先加入過(guò)量的H₂O₂，再調(diào)節(jié)pH到4左右，加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺．加入H₂O₂后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①?gòu)牧鞒虉D可知，在反應(yīng)器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反應(yīng)，分離出氫氣有利于平衡正向移動(dòng)；
③負(fù)極反應(yīng)物MH失去電子，生成的H⁺在堿性條件下生成H₂O；由題意知氧氣在陰極上被還原，電解質(zhì)溶液呈堿性可知氧氣被還原為OH^-；
（2）根據(jù)溶度積越大溶解度越大，隨pH升高最先沉淀的是對(duì)應(yīng)強(qiáng)氧化物的溶度積最小的離子分析；加入雙氧水能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子，據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式．

解答 解：（1）①?gòu)牧鞒虉D可知，在反應(yīng)器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反應(yīng)方程式為SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案為：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解反應(yīng)為可逆反應(yīng)，則使用膜反應(yīng)器分離出H₂的目的是及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，
故答案為：HI分解為可逆反應(yīng)，及時(shí)分離出產(chǎn)物H₂，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行；
③負(fù)極反應(yīng)物MH失去電子，生成的H⁺在堿性條件下生成H₂O，電解反應(yīng)式為：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，陰極的電極反應(yīng)有兩個(gè)，第一階段是充電時(shí)的反應(yīng)式，陰極上電極反應(yīng)式為M+H₂O+e^-═MH+OH^-，第二階段為吸收氧氣的電極反應(yīng)式，由題意知氧氣在陰極上被還原，電解質(zhì)溶液呈堿性可知氧氣被還原為OH^-，所以其電極反應(yīng)式為2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-．
故答案為：MH+OH^--e^-=H₂O+M；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）①根據(jù)表中氫氧化物的溶度積可知，氫氧化鐵的溶度積最小，其溶解度最小，所以隨pH升高最先沉淀下來(lái)的離子是鐵離子，故答案為：Fe³⁺；
②雙氧水能夠?qū)⑷芤褐械膩嗚F離子氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了工業(yè)電解冶煉金屬銅原理、物質(zhì)的分離和提純、離子方程的書(shū)寫(xiě)，為高考常見(jiàn)題型，題目難度中等，注意掌握電解原理、物質(zhì)的分離和提純方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力．