Question

4．银，铜均属于重金属，从银铜合金废料中回收银并制备含铜化合物产品的工艺如图1所示：
（1）酸浸时反应的离子方程式为CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．为提高酸浸时铜元素的浸出率及浸出速率，酸浸前应对渣料进行处理，其处理方法是将渣料粉碎．
（2）操作a是过滤，已知2Cu⁺$\stackrel{H+}{→}$Cu+Cu²⁺，试分析CuAlO₂分别与足量盐酸、稀硝酸混合后，产生现象的异同点相同点是均得到蓝色溶液；不同点是与盐酸混合有红色固体出现，而与硝酸混合没有固体出现，但有气泡产生．
（3）固体B转化为CuAlO₂的过程中，存在如下反应，请填写空白处：
4CuO+2Al₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑．
（4）假设粗银中的杂质只有少量的铜，利用电化学方法对其进行精炼，当两个电极上质量变化值相差30.4g时，则两个电极上银质量的变化值相差43.2g．
（5）熔炼时被氧化的元素铜生成氧化物其晶胞如图2所示，若晶胞的边长为acm．则晶体的密度为$\frac{320}{{a}^{3}×{N}_{A}}$g•cm^-3，（写出含a的表示式，用N_A表示阿伏加德罗常数的值）

Answer 1

分析 由工艺流程图可知，废料在空气中熔炼时，Cu被氧化，滤渣中含有CuO及少量Ag，向滤渣中加入硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应，过滤得到硫酸铜溶液（含有硫酸），滤渣A为Ag；向滤液中加入硫酸铝、氢氧化钠，得到氢氧化铝、氢氧化铜，灼烧中会得到CuO、Al₂O₃，二者反应得到CuAlO₂．
（1）用硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应生成硫酸铜与水；增大接触面积，加快反应速率；
（2）CuAlO₂分别与足量盐酸反应得到Cu、氯化铜、氯化铝；硝酸具有强氧化性，过量的硝酸与CuAlO₂反应得到硝酸铜、硝酸铝、NO；
（3）由上述分析可知，CuO、Al₂O₃反应得到CuAlO₂，由电荷守恒可知，O元素化合价升高，有氧气生成，配平完成方程式；
（4）电解精炼时，粗银作阳极、纯银作阴极，阳极上Ag、Cu都失电子生成金属阳离子，阴极上只有银离子得电子生成Ag，两个电极上质量变化值相差30.4g为Cu放电析出的Ag的质量与Cu质量之差，根据电子转移守恒计算Cu放电时析出Ag的质量，即为两个电极上银质量的变化值之差；
（5）由均摊法计算氧化亚铜晶胞中Cu原子和O原子的数目，根据密度计算公式ρ=$\frac{m}{V}$计算即可．

解答 解：由工艺流程图可知，废料在空气中熔炼时，Cu被氧化，滤渣中含有CuO及少量Ag，向滤渣中加入硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应，过滤得到硫酸铜溶液（含有硫酸），滤渣A为Ag；向滤液中加入硫酸铝、氢氧化钠，得到氢氧化铝、氢氧化铜，灼烧中会得到CuO、Al₂O₃，二者反应得到CuAlO₂．
（1）由上述分析可知，空气中熔炼时Cu被氧化；用硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应生成硫酸铜与水，反应离子方程式为：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；将渣料粉碎，增大接触面积，加快反应速率；
故答案为：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；将渣料粉碎；
（2）操作a是分离互不相溶的液体与固体，应是过滤，CuAlO₂分别与足量盐酸反应得到Cu、氯化铜、氯化铝，现象为得到蓝色溶液、有红色固体生成；硝酸具有强氧化性，过量的硝酸与CuAlO₂反应得到硝酸铜、硝酸铝、NO，溶液变蓝色，相同点是均得到蓝色溶液；不同点是与盐酸混合有红色固体出现，而与硝酸混合没有固体出现，但有气泡产生，
故答案为：过滤；相同点是均得到蓝色溶液；不同点是与盐酸混合有红色固体出现，而与硝酸混合没有固体出现，但有气泡产生；
（3）由上述分析可知，CuO、Al₂O₃反应得到CuAlO₂，由电荷守恒可知，O元素化合价升高，有氧气生成，反应前Cu为+2价，反应后为+1，化合价降低1，反应前氧为-2价，反应后为0，化合价升高2，两者的最小公倍数是2，再根据原子守恒得：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑，
故答案为：4； 2； 4CuAlO₂；O₂；
（4）电解精炼时，粗银作阳极、纯银作阴极，阳极上Ag、Cu都失电子生成金属阳离子，阴极上只有银离子得电子生成Ag，两个电极上质量变化值相差30.4g为Cu放电析出的Ag与Cu的质量之差，设Cu为xmol，根据电子转移守恒，则Cu放电形成Ag为2x mol，故2x×108-64x=30.4，解得x=0.2，两个电极上银质量的变化值之差为Cu放电生成Ag的质量，故为0.2mol×2×108g/mol=43.2g，
故答案为：43.2；
（5）O原子在晶胞的顶点和体心，故O原子数=8×$\frac{1}{8}$=2，Cu原子全部在体心，故Cu原子数=4，即一个氧化亚铜晶胞中有2个O原子和4个Cu原子，则该氧化物的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{320}{{a}^{3}×{N}_{A}}$g/cm³．
故答案为：$\frac{320}{{a}^{3}×{N}_{A}}$．

点评 本题以从废料中回收银并制备铜化工产品载体，考查化学工艺流程、物质分离提纯、电解原理、氧化还原反应配平与计算，计算中抓住电子转移守恒进行解答，难度中等．