Question

3．从含铜废料（如：覆铜板、印刷线路板及铅冰铜等）中提取铜，既可提高资源的利用率又可减少重金属污染．
（1）废覆铜板（Cu和Sn组成）可用CuSO₄和H₂SO₄混合溶液作电解质溶液，直接电解回收精铜，阳极上发生的电极反应为Cu-2e^-=Cu²⁺和Sn-2e^-=Sn²⁺．
（2）废印刷线路板中的铜常用含盐酸的FeCl₃溶液或H₂O₂-HCl-NaCl混合溶液浸取回收．
①用FeCl₃溶液浸取铜时发生反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；若加盐酸不足，反应一段时间后线路板表面有红褐色沉淀，产生红褐色沉淀的原因是c（H⁺）和c（Fe³⁺）小，有利于Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀．
②将粉碎后的废印刷线路板放入三口烧瓶中，分别加入由0.3mol•L^-1盐酸、0.5mol•L^-1NaCl及不同浓度的H₂O₂组成的混合溶液，在温度、搅拌速率及固液比等均相同时，铜的浸取率随H₂O₂的浓度和时间的变化如图1所示．当c（H₂O₂）=0mol•L^-1时，也有少量的铜被浸出，其原因是液面上方空气中O₂随搅拌不断进入溶液，溶解的O₂将铜氧化而被浸取．
③用H₂O₂-HCl-NaCl混合溶液浸取时，其浸取过程包括：
（Ⅰ） Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O
（Ⅱ） Cu²⁺+Cu?2Cu⁺
（Ⅲ） Cu⁺+nCl^-?CuCl_n^（n-1）-
（Ⅳ） 2CuCl_n^（n-1）-+2H⁺+H₂O₂=2Cu²⁺+2H₂O+2nCl^-
其他条件相同时，增大下列离子浓度可以加速Cu从废电路板中浸出的是bc（填序号）．
a．Na⁺  b．Cu²⁺  c．Cl^-d．OH^-

（3）铅冰铜（PbS、Cu₂S及FeS的混合物）可用HCl-H₂O₂混合溶液浸取．
①Cu₂S被HCl-H₂O₂混合溶液浸取得到硫酸铜和氯化铜溶液的化学方程式为Cu₂S+5H₂O₂+2HCl=CuCl₂+CuSO₄+6H₂O．
②若由H₂SO₄代替HCl-H₂O₂中的HCl，其他条件相同，铜的浸取率随硫酸浓度的变化如图2所示．当H₂SO₄浓度大于3.1mol•L^-1时，硫酸浓度越大，铜的浸取率反而越小，其原因可能是过量的硫酸会生成PbSO₄沉淀包裹在铅冰铜颗粒表面，使铜无法与浸出液接触．

Answer 1

分析 （1）废覆铜板（Cu和Sn组成）可用CuSO₄和H₂SO₄混合溶液作电解质溶液，直接电解回收精铜，阳极为活性电极本身失电子发生氧化反应；
（2）①用FeCl₃溶液浸取铜是氯化铁和铜反应生成氯化亚铜和氯化亚铁；若加盐酸不足，反应一段时间后线路板表面有红褐色沉淀是因为氢离子浓度小的溶液中铁离子会水解生成氢氧化铁红褐色沉淀；
②当c（H₂O₂）=0mol•L^-1时，液面上方空气中O₂随搅拌不断进入溶液，溶解的O₂将铜氧化而被浸取；
③a．依据浸取过程发生反应与钠离子无关解答；
b．依据方程式（Ⅱ） Cu²⁺+Cu?2Cu⁺，判断；
c．依据方程式（Ⅲ） Cu⁺+nCl^-?CuCl_n^（n-1）-，判断；
d．氢氧根离子能够与氢离子、铜离子反应；
（3）①Cu₂S在盐酸的酸性环境下被过氧化氢生成硫酸铜、氯化铜和水；
②硫酸容易与铅离子反应生成硫酸铅沉淀，附着在铅冰铜颗粒表面，阻止反应的进行．

解答 解：（1）电解法精炼铜，阳极为活性电极，电极本身参与放电，铜失去电子发生氧化反应，电极反应式：Cu-2e^-=Cu²⁺；锡失去电子生成锡离子，电极反应式：Sn-2e^-=Sn²⁺；
故答案为：Cu-2e^-=Cu²⁺ 和Sn-2e^-=Sn²⁺；
（2）①三价铁离子能够氧化铜生成铜离子，本身被还原为二价铁离子，离子方程式：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
若加盐酸不足，溶液中氢离子浓度较小，三价铁离子水解生成氢氧化铁，所以若加盐酸不足，反应一段时间后线路板表面有红褐色沉淀；
故答案为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
c（H⁺）和c（Fe³⁺）小，有利于Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀；
②当c（H₂O₂）=0mol•L^-1时，液面上方空气中O₂随搅拌不断进入溶液，溶解的O₂将铜氧化而被浸取，所以也有少量的铜被浸出；
故答案为：液面上方空气中O₂随搅拌不断进入溶液，溶解的O₂将铜氧化而被浸取；
③a．依据给出的方程式可知，上述反应与钠离子都无关，所以改变钠离子的浓度，不影响Cu从废电路板中浸出，故a不选；
b．由Cu²⁺+Cu?2Cu⁺可知增大铜离子浓度，上述反应的速率加快，故b选；
c．由Cu⁺+nCl^-?CuCl_n^（n-1）-可知增大Cl^-浓度，反应Ⅲ加快，故c选；
d．氢氧根离子能够与氢离子、铜离子反应，增大氢氧根离子浓度，能够使氢离子、铜离子浓度减小，反应速率减慢，故d不选；
故选：bc；
（3）①Cu₂S在盐酸的酸性环境下被过氧化氢生成硫酸铜、氯化铜和水，依据得失电子守恒，原子个数守恒反应的方程式为：Cu₂S+5H₂O₂+2HCl=CuCl₂+CuSO₄+6H₂O；
故答案为：Cu₂S+5H₂O₂+2HCl=CuCl₂+CuSO₄+6H₂O；
②由H₂SO₄代替HCl-H₂O₂中的HCl，其他条件相同，铜的浸取率随硫酸浓度的变化如图2所示．当H₂SO₄浓度大于3.1mol•L^-1时，过量的硫酸会生成PbSO₄沉淀包裹在铅冰铜颗粒表面，使铜无法与浸出液接触，使得硫酸浓度越大，铜的浸取率反而越小；
故答案为：过量的硫酸会生成PbSO₄沉淀包裹在铅冰铜颗粒表面，使铜无法与浸出液接触；

点评 本题考查了电解法精炼铜电极反应书写、氧化还原反应方程式的书写、水解平衡移动的影响因素等，熟悉电解池工作原理，盐类水解规律及影响因素，明确氧化还原反应得失电子守恒是解题关键，题目综合性强，难度较大．