Question

（8分）已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不反应）。某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。步骤一：电解精制：
请回答以下问题：电解时，阴极上的电极反应式为                   ；
步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：

（1）阳极泥的综合利用：
稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请你写出该步反应的离子方程式：             。
残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的知识，以下是他们获取的一些信息：

序号	反应	平衡常数
1	Au + 6HNO3（浓）= Au(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O	<< 1
2	Au3+ + 4Cl— =  AuCl4—	>>1

 
从中可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物），请你简要解释金能够溶于王水的原因：                                      
（2）滤液含量的测定： 以下是该小组探究滤液的一个实验流程：

则100ml滤液中Fe²⁺的浓度为         mol·L^-1

Answer 1

步骤一： Cu²⁺+2e ＝ Cu  3Ag + 4H⁺ + NO₃^—＝ 3Ag⁺ + NO ↑+ 2H₂O  浓盐酸含有大量氯离子，Au³⁺ 离子与氯离子形成稳定的AuCl₄^—离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中。　0.1

试题分析：步骤一：电解精制铜。电解精炼铜时，以粗铜作阳极，以精铜作阴极，阳极发生氧化反应：Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极发生还原反应: Cu²⁺ +2e^-=" Cu." （1）步骤二.粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属.在铜在阳极被氧化为铜离子时，比铜活泼的锌、铁也被氧化成离子进入溶液。Zn-2e^-=Zn²⁺；Fe-2e^-=Fe²⁺。比铜弱的银、金则以固体的形式存在阳极的下面沉淀中。俗称阳极泥。稀硝酸和银反应的离子方程式：3Ag + 4H⁺ + NO₃^- ＝ 3Ag⁺ + NO ↑+ 2H₂O。金能够被王水溶解原因是浓盐酸含有大量氯离子，Au³⁺ 离子与氯离子形成稳定的AuCl₄^—离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中。（2）由（1）的分析知：在100ml的滤液中含有Cu²⁺、Fe²⁺ Zn²⁺。当向其中加入足量的Fe粉时发生反应：Fe+Cu²⁺=" Cu" +Fe²⁺。得到的固体中含有过量的Fe和反应产生的Cu。经过酸浸时Fe与酸反应转化为Fe²⁺进入溶液中，剩余不反应的Cu单质。3.2g固体就是Cu的质量。n(Cu)="3.2g÷64g/mol=0.05mol." 在100ml的溶液中加入足量的Fe粉过滤得到的含有Fe²⁺和Zn^2+。当向其中加入足量的氢氧化钠溶液时发生反应：Zn²⁺+4OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O; Fe²⁺2OH ^-=Fe(OH)₂↓.沉淀为Fe(OH)₂。沉淀经洗涤、烘干在空气中充分灼烧发生反应：4 Fe(OH)₂+O₂+2H₂O="4" Fe(OH)₃, 2Fe(OH)₃ Fe₂O₃+3H₂O.最后得到的固体为Fe₂O₃，质量为4.8g.n(Fe₂O₃)=4.8g÷160g/mol=0.03mol.所以n(Fe)="2" n(Fe₂O₃)=0.06mol.在Fe+Cu²⁺=" Cu" +Fe²⁺中由于n(Cu)= 0.05mol,所以发生该反应产生的Fe²⁺的物质的量为0.05mol。因此原溶液中含有的Fe²⁺的物质的量为：0.06mol-0.05mol=0.01mol.故100ml滤液中Fe²⁺的浓度为：C=n÷V=0.01mol÷0.1L=0.1mol/L.