Question

2．为了充分利用铜资源，某工厂拟用黄铜灰（含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂等）制取金属铜并得副产物锌盐，其生产流程如下：

（1）滤渣1的主要成分为Cu和SiO₂．稀硫酸溶解黄铜灰过程中，可能发生多个氧化还原反应，其中没有Zn参加的反应的离子方程式是2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺或Fe₂O₃+6H⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺+3H₂O．
（2）滤渣1及滤渣2用浓硫酸浸取可能产生的有毒气体是SO₂，实验室通常用NaOH溶液吸收．
（3）稀硫酸通过浓硫酸稀释得到，稀释浓硫酸的正确操作方法是将浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓加入蒸馏水中，同时不断地用玻璃棒搅拌．  过滤操作所需玻璃仪器除玻璃棒外还有烧杯、漏斗．
（4）用惰性电极电解滤液4可制取金属铜，若制得金属铜12.8g，则同时阳极得到L气体（标准状况）．

Answer 1

分析 黄铜灰（含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂等），加入过量稀硫酸溶解Zn、CuO、ZnO、FeO、Fe₂O₃溶解，Cu、SiO₂ 不能溶解，过滤得到滤渣Ⅰ为Cu、SiO₂ ，滤液为硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸铁，其中发生氧化还原反应的有锌和硫酸发生的反应，硫酸铁和铜发生的氧化还原反应，滤液Ⅰ加入锌粉还原铜离子和铁离子，亚铁离子，过滤得到滤液主要；硫酸锌溶液，浓缩冷却结晶得到硫酸锌晶体，滤渣2为铁和铜，滤渣1和滤渣2合并加入浓硫酸加热过滤得到滤渣3为二氧化硅，滤液3为硫酸铜、硫酸铁溶液，加入稀硫酸、过氧化氢氧化可能存在的亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子沉淀过滤得到硫酸铜溶液和滤渣4为氢氧化铁沉淀，滤液4为硫酸铜溶液通过还原反应得到铜，
（1）上述分析可知滤渣1为二氧化硅和铜，稀硫酸溶解黄铜灰过程中，可能发生多个氧化还原反应，其中没有Zn参加的反应可能是铁离子和锌发生氧化还原反应；
（2）滤渣1及滤渣2中的铜和浓硫酸发生反应，用浓硫酸浸取会生成二氧化硫气体，二氧化硫是有毒气体不能排放到空气中，需要用氢氧化钠溶液吸收；
（3）浓硫酸溶于水会放热，密度比水大，稀释时需要把浓硫酸滴入水中且不断搅拌，过滤操作是分离固体和液体的基本操作，依据过程和装置所需要的仪器；
（4）依据电极反应和电子守恒计算得到阳极生成的气体体积．

解答 解：黄铜灰（含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂等），加入过量稀硫酸溶解Zn、CuO、ZnO、FeO、Fe₂O₃溶解，Cu、SiO₂ 不能溶解，过滤得到滤渣Ⅰ为Cu、SiO₂ ，滤液为硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸铁，其中发生氧化还原反应的有锌和硫酸发生的反应，硫酸铁和铜发生的氧化还原反应，滤液Ⅰ加入锌粉还原铜离子和铁离子，亚铁离子，过滤得到滤液主要；硫酸锌溶液，浓缩冷却结晶得到硫酸锌晶体，滤渣2为铁和铜，滤渣1和滤渣2合并加入浓硫酸加热过滤得到滤渣3为二氧化硅，滤液3为硫酸铜、硫酸铁溶液，加入稀硫酸、过氧化氢氧化可能存在的亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子沉淀过滤得到硫酸铜溶液和滤渣4为氢氧化铁沉淀，滤液4为硫酸铜溶液通过还原反应得到铜，
（1）上述分析可知滤渣1为Cu和SiO₂，稀硫酸溶解黄铜灰过程中，可能发生多个氧化还原反应，其中没有Zn参加的反应可能是铁离子和锌发生氧化还原反应，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺或Fe₂O₃+6H⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺+3H₂O，
故答案为：Cu和SiO₂；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺或Fe₂O₃+6H⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺+3H₂O；
（2）滤渣1及滤渣2中的铜和浓硫酸发生反应，用浓硫酸浸取，浓硫酸被还原为二氧化硫气体，二氧化硫是有毒气体不能排放到空气中，需要用氢氧化钠溶液吸收，
故答案为：SO₂；NaOH；
（3）浓硫酸溶于水会放热，密度比水大，稀释时需要把浓硫酸滴入水中且不断搅拌，稀释浓硫酸的步骤为：将浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓加入蒸馏水中，同时不断地用玻璃棒搅拌，过滤操作是分离固体和液体的基本操作，依据过程和装置所需要的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯、漏斗，
故答案为：将浓硫酸沿着烧杯内壁缓缓加入蒸馏水中，同时不断地用玻璃棒搅拌，玻璃棒、烧杯；
（4）用惰性电极电解滤液4可制取金属铜，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，若制得金属铜12.8g，物质的量=$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol，电子转移0.4mol，阳极电极反应为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，得到氧气物质的量为0.1mol，则阳极得到气体标准状况下的体积为2.24L，
故答案为：2.24．

点评 本题考查了物质的分离提纯方法和过程分析判断，主要是物质性质和除杂试剂的理解应用，注意分析流程变化和试剂量的多少，掌握实验基本操作和物质性质是关键，题目难度中等．