Question

以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：
Ⅰ．将黄铜矿精矿（主要成分为CuFeS₂，含有少量CaO、MgO、Al₂O₃）粉碎
Ⅱ．采用如下装置进行电化学浸出实验将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区，恒速搅拌，使矿粉溶解．在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂．
Ⅲ．一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂（RH）发生反应：2RH（有机相）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相），分离出有机相，向其中加入一定浓度的硫酸，使Cu²⁺得以再生．
Ⅳ．电解硫酸铜溶液制得金属铜．
（1）黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：
CuFeS₂+4H⁺=Cu²⁺+Fe²⁺+2H₂S    
2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺
①阳极区硫酸铁的主要作用是

 

．
②电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，原因是

 

．
（2）阴极区，电极上开始时有大量气泡产生，后有固体析出，一段时间后固体溶解．写出上述现象对应的反应式

 

．
（3）若在实验室进行步骤Ⅲ，分离有机相和水相的主要实验仪器是

 

；加入有机萃取剂的目的是

 

．
（4）步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu²⁺得以再生的原理是

 

．
（5）步骤Ⅳ，若电解200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液，生成铜3.2g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是

 

．

Answer 1

分析：（1）①硫化氢有毒，直接排放会污染空气；
②Fe³⁺被还原Fe²⁺，Fe²⁺在阳极放电又生成Fe³⁺；
（2）首先氢离子放电生成氢气，反应一段时间，铜离子放电生成铜，再通入氧气的条件下Cu、氧气、硫酸反应生成硫酸铜；
（3）有机相和水相不互溶，分离有机相和水相通常利用分液的方法，使用的仪器为分液漏斗；
加入有机萃取剂富集Cu²⁺，分离Cu²⁺与其它金属阳离子；
（4）增大氢离子浓度，根据平衡移动原理分析；
（5）电解uSO₄溶液，发生反应2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液中n（CuSO₄）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，生成铜3.2g，物质的量为

3.2g

64g/mol

=0.05mol，故生成H₂SO₄0.1mol，溶液中CuSO₄为0.1mol-0.05mol=0.05mol，电解后的溶液为CuSO₄、H₂SO₄混合溶液，溶液中存在硫酸的电离、铜离子水解、水的电离等，据此判断．

解答：解：（1）①由发生的反应可知，Fe³⁺氧化吸收硫化氢气体，防止环境污染，
故答案为：吸收硫化氢气体，防止环境污染；
②Fe³⁺被还原Fe²⁺，Fe²⁺在阳极放电Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，又生成Fe³⁺，电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，
故答案为：Fe²⁺在阳极放电Fe²⁺-e^-=Fe³⁺，又生成Fe³⁺；
（2）首先氢离子放电生成氢气，反应一段时间，铜离子放电生成铜，再通入氧气的条件下Cu、氧气、硫酸反应生成硫酸铜，发生的反应依次为：2H⁺+2 e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2H⁺+2 e^-=H₂↑、Cu²⁺+2e^-=Cu、2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O；
（3）有机相和水相不互溶，分离有机相和水相通常利用分液的方法，使用的仪器为分液漏斗；
加入有机萃取剂富集Cu²⁺，分离Cu²⁺与其它金属阳离子；
故答案为：分液漏斗；富集Cu²⁺，分离Cu²⁺与其它金属阳离子；
（4）向有机相中加入一定浓度的硫酸，增大H⁺浓度，使平衡2RH（有机相）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）逆向移动，Cu²⁺进入水相得以再生，
故答案为：增大H⁺浓度，使平衡2RH（有机相）+Cu²⁺（水相）?R₂Cu（有机相）+2H⁺（水相）逆向移动，Cu²⁺进入水相得以再生；
（5）电解uSO₄溶液，发生反应2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu+2H₂SO₄+O₂↑，200mL 0.5mol/L的CuSO₄溶液中n（CuSO₄）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，生成铜3.2g，物质的量为

3.2g

64g/mol

=0.05mol，故生成H₂SO₄0.05mol，溶液中CuSO₄为0.1mol-0.05mol=0.05mol，电解后的溶液为CuSO₄、H₂SO₄混合溶液，溶液呈酸性，溶液中铜离子水解、水发生电离，故n（H⁺）＞0.05mol×2=0.1mol，n（SO₄^2-）=0.1mol，n（Cu²⁺）＜0.05mol，溶液中氢氧根浓度很小，故c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-），
故答案为：c（H⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（Cu²⁺）＞c（OH^-）．

点评：本题考查电解原理、对工艺原理的理解、常用化学用语、离子浓度比较等，题目综合性较大，是对所学知识的综合考查，需要学生具有知识的基础与分析、解决问题的能力，难度中等，（5）中注意根据物质的量判断离子大小．