Question

通过火法冶金炼出的铜是粗铜，含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质．在实验室条件下用CuSO₄溶液作电解液进行电解精炼，并对电解废液进行综合处理．
（1）电解精炼时粗铜板作

 

极，阴极电极反应式为

 

．电解过程中，电解液中c（Cu²⁺）

 

（填变大、变小、不变）．对电解废液进行如下处理：

已知：①某些金属离子形成氢氧化物沉淀的pH如下表

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2
开始沉淀	2.3	7.5	4.7	5.4
完全沉淀	3.2	9.7	6.7	8.0

②Zn（OH）₂+2NaOH  Na₂ZnO₂+2H₂O
（2）滤液l中加入H₂O₂发生反应的离子方程式是

 

．
（3）加NaOH溶液调节溶液pH的范围是

 

．
（4）滤渣1跟稀HNO₂反应的化学方程式是

 

．
（5）滤液2通过

 

、

 

、过滤、

 

、干燥等系列操作，得到胆矾晶体．
（6）测定电解废液的组成：

则滤液1中c（Cu²）=

 

mol?L^-1，c（Fe²⁺）=

 

mol?L^-1．

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：（1）电解精炼铜时，精铜做阴极，粗铜作阳极，阴极上是铜离子得电子；根据锌、铁与硫酸铜发生置换反应分析；
（2）滴加H₂O₂能将亚铁离子氧化为三价铁离子便于除去，且不引入杂质，据此书写方程式；
（3）慢慢加入氢氧化钠，搅拌，以控制溶液pH，目的是让三价铁离子完全沉淀，铜离子不沉淀；
（4）根据精炼铜原理，滤渣1为比铜还不活泼的Ag、Au，金属银可以和硝酸反应得到硝酸银以及水和一氧化氮，金不反应，据此书写方程式；
（5）滤液2通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等系列操作，得到胆矾晶体；
（6）根据化学反应原理结合原子守恒的思想来计算回答．

解答： 解：（1）在电解精炼铜时，阳极反应是金属锌、铁、镍等先失电子，阴极上是铜离子得电子产生铜，电解反应为：Cu²⁺+2e^-═Cu，精铜做阴极，粗铜作阳极；硫酸铜的浓度会变小，原因是锌、铁与硫酸铜发生置换反应，故答案为：阳；Cu²⁺+2e^-═Cu；变小；
（2）滴加H₂O₂能将亚铁离子氧化为三价铁离子便于除去，过氧化氢为氧化剂，二价铁为还原剂，所以反应为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）除去铁离子得到纯净的硫酸铜溶液，根据沉淀PH范围可知，应调节PH，使三价铁完全沉淀，铜离子不沉淀，所以加NaOH溶液调节溶液pH的范围是3.2≤pH＜4.7，故答案为：3.2≤pH＜4.7；
（4）金属银可以和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，金不反应，所以滤渣1与硝酸反应的化学方程式为：3Ag+4HNO₃═3AgNO₃+NO↑+2H₂O；故答案为：3Ag+4HNO₃═3AgNO₃+NO↑+2H₂O；
（5）滤液2通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等系列操作，得到胆矾晶体，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；洗涤；
（6）50mL的滤液中含有亚铁离子、铜离子、锌离子，当加入足量的金属Fe以后，会将金属铜全部置换出来，所以生成的1.6g金属是Cu，所以铜离子的浓度c=

n

V

=

1.6 64

0.05

mol/L=0.5 mol/L，
亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，在空气中更易被氧化为氢氧化铁，受热分解生成的氧化铁的质量是2.4g，根据原子守恒，亚铁离子的物质的量是：

2.4g

160g/mol

×2=0.03mol，所以加入铁粉后的滤液中亚铁离子的浓度c=

n

V

=

0.03mol

0.05L

=0.6mol/L，由于加入了铁粉，铁与溶液中的铁离子反应生成了亚铁离子，所以50mL滤液中亚铁离子的浓度为：0.6mol/L-0.5 mol/L=0.1mol/L，
故答案为：0.5；0.1．

点评：本题考查了电解精炼铜原理以及电解液的分离与提纯，综合性较强，考查角度广，难度较大．