Question

细菌冶金是近年来新兴的绿色冶金工艺，它主要是应用细菌法溶浸贫矿、废矿、尾矿和炉渣等，以回收某些贵重有色金属和稀有金属，节约矿产资源，最大限度地利用矿藏的一种冶金方法．其中细菌冶铜的生产流程为：

（1）上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法，实验室中不能用这种分离方法来分离液态胶体的原因是

 

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（2）莫尔盐是一种标定氧化剂浓度的基准物质．在溶液B中加入（NH₄）₂SO₄晶体析出莫尔盐的原因

 

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（3）在溶液A中加入铁屑，反应后若固体中只有Cu，则所得的溶液中一定含有的阳离子是

 

；不可能含有的阳离子是

 

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（4）写出CuS?FeS在氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus  ferrooxidans，简写为T．f）作用下被空气氧化生成溶液A的离子方程式

 

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（5）氧化亚铜可用作船底防污漆，以杀死低级海生动物而保护船体，可用作陶瓷和搪瓷的着色剂和红色玻璃的染色剂，氧化亚铜也是一种重要的半导体材料．请用浓的强碱性溶液，根据2Cu+H₂O═Cu₂O+H₂↑反应，设计出工业生产氧化亚铜的一种方法（只要求画实验装置图，其他必要材料任选）

 

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Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：向黄铜矿粉中加入稀硫酸、氧化亚铁硫杆菌、空气，发生反应，离子方程式为4CuS?FeS+17O₂+4H⁺═4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O，向溶液A中加入铁屑，发生反应Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，然后过滤得到Cu和溶液，向溶液中加入（NH₄）₂SO₄，然后蒸发浓缩、冷却结晶得到莫尔盐，
（1）上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法为过滤，难溶性固体不能透过滤纸和半透膜，胶体能透过滤纸但不能透过半透膜；
（2）在溶液B中加入（NH₄）₂SO₄晶体析出莫尔盐的原因是反应体系中莫尔盐的溶解度最小；
（3）铁和Cu²⁺、Fe³⁺反应生成Fe²⁺，有Cu生成，则溶液中一定没有Fe³⁺；
（4）CuS?FeS在氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus  ferrooxidans，简写为T．f）作用下被空气氧化生成铜离子、铁离子、硫酸根离子和水；
（5）2Cu+H₂O═Cu₂O+H₂↑不能自发进行，要使该反应能发生，应该设计成电解池，且Cu作阳极，浓NaOH溶液作电解质溶液．

解答： 解：向黄铜矿粉中加入稀硫酸、氧化亚铁硫杆菌、空气，发生反应，离子方程式为4CuS?FeS+17O₂+4H⁺═4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O，向溶液A中加入铁屑，发生反应Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，然后过滤得到Cu和溶液，向溶液中加入（NH₄）₂SO₄，然后蒸发浓缩、冷却结晶得到莫尔盐，
（1）上述生产流程中有两步都涉及了同一种分离方法为过滤，难溶性固体不能透过滤纸和半透膜，胶体能透过滤纸但不能透过半透膜，所以实验室中不能用过量分离方法来分离液态胶体，故答案为：胶体的分散质（或胶体粒子）能通过滤纸孔隙；
（2）在溶液B中加入（NH₄）₂SO₄晶体析出莫尔盐的原因是反应体系中莫尔盐的溶解度最小，故答案为：反应体系中莫尔盐的溶解度最小；
（3）铁和Cu²⁺、Fe³⁺反应生成Fe²⁺，Cu和Fe³⁺反应生成Fe²⁺，有Cu生成，则溶液中一定没有Fe³⁺，一定有Fe²⁺，故答案为：Fe²⁺；Fe³⁺；
（4）CuS?FeS在氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus  ferrooxidans，简写为T．f）作用下被空气氧化生成铜离子、铁离子、硫酸根离子和水，离子方程式为4CuS?FeS+17O₂+4H⁺═4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O，故答案为：4CuS?FeS+17O₂+4H⁺═4Cu²⁺+4Fe³⁺+8SO₄^2-+2H₂O；
（5）2Cu+H₂O═Cu₂O+H₂↑不能自发进行，要使该反应能发生，应该设计成电解池，且Cu作阳极，浓NaOH溶液作电解质溶液，图象为，故答案为：．

点评：本题考查物质分离和提纯，涉及离子方程式的书写、电解池设计、氧化还原反应等知识点，明确物质性质是解本题关键，根据实验目的及反应方程式设计电解池，难点是（3）中离子反应先后顺序，题目难度中等．