Question

3．铜在自然界存在于多种矿石中．
（Ⅰ）以硅孔雀石（主要成分为CuSiO₃•2H₂O，含少量SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃等杂质）为原料制取硫酸铜的工艺流程如下：

已知：Fe³⁺、Cu²⁺和Fe²⁺以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH分别为3.2、6.7和9.7．
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄发生反应的化学方程式CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃↓+2H₂O．
（2）“溶浸”中，选取浓度为20% H₂SO₄为浸出剂，铜的浸出率与浸出时间的关系见图1．由图1可得，随着浸出时间的增长，①铜的浸出率相应增加．②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显．
（3）“除杂”中，加入MnO₂的作用是2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺（用离子方程式表示）．“除杂”中需在搅拌下加入石灰乳以调节溶液的pH到3～4，沉淀部分杂质离子，分离得滤液．滤渣的主要成分为Fe（OH）₃．
（Ⅱ）以黄铜矿（主要成分为CuFeS₂）为原料炼制精铜的工艺流程如下：
黄铜矿$\stackrel{焙烧}{→}$精铜冰铜（Cu₂S和FeS）$\stackrel{还原}{→}$粗铜$\stackrel{电解精炼}{→}$精铜
（4）“还原”工艺中其中一个反应为：Cu₂S+2Cu₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑，该反应的氧化剂是Cu₂O、Cu₂S．
（5）粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，电解精炼铜时，阴极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu．完成图2中由粗铜电解得到精铜的示意图，并作相应标注．

Answer 1

分析 硅孔雀石加硫酸溶浸，发生的反应为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，FeCO₃、Fe₂O₃与硫酸反应生成二价铁和三价铁离子，则浸出液中含有二价铜、二价铁和三价铁离子，再加二氧化锰，将二价铁氧化成三价铁离子，进一步除杂最终得到硫酸铜晶体，
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄发生生成硫酸铜、硅酸和水；
（2）根据图象分析，随着浸出时间的增长，①铜的浸出率相应增加；②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显；
（3）根据实验目的除去铁，则二氧化锰将二价铁氧化成三价铁；根据pH到3～4Fe³⁺完全沉淀分析；
（4）根据反应化合价降低的为氧化剂判断；
（5）电解精炼铜时，粗铜应该放在阳极，精铜为阴极，发生还原反应 Cu²⁺+2e^-=Cu，电解质溶液为硫酸铜溶液；

解答 解：硅孔雀石加硫酸溶浸，发生的反应为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃+2H₂O，FeCO₃、Fe₂O₃与硫酸反应生成二价铁和三价铁离子，则浸出液中含有二价铜、二价铁和三价铁离子，再加二氧化锰，将二价铁氧化成三价铁离子，进一步除杂最终得到硫酸铜晶体，
（1）“溶浸”中CuSiO₃•2H₂O和H₂SO₄发生生成硫酸铜、硅酸和水，方程式为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃↓+2H₂O，
故答案为：CuSiO₃•2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄+H₂SiO₃↓+2H₂O；
（2）根据图象变化趋势，随着浸出时间的增长，①铜的浸出率相应增加；②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显，
故答案为：①铜的浸出率相应增加；②浸出时间超过24小时后，铜的浸出率变化不是很明显；
（3）因为要将铁转化成氢氧化铁除去，则二氧化锰将二价铁氧化成三价铁，离子方程式为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；pH到3～4只有Fe³⁺完全沉淀，所以滤渣的主要成分为氢氧化铁，
故答案为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O+Mn²⁺；Fe（OH）₃；
（4）Cu₂S+2Cu₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6Cu+SO₂↑，化合价发生降低有Cu₂O、Cu₂S，所以氧化剂为：Cu₂O、Cu₂S，
故答案为：Cu₂O、Cu₂S；
（5）电解精炼铜时，粗铜应该放在阳极，精铜为阴极，发生还原反应 Cu²⁺+2e^-=Cu，电解质溶液为硫酸铜溶液，
故答案为：Cu²⁺+2e^-=Cu；．

点评 本题考查铜及其化合物的性质，主要是流程分析，产物判断，电解池原理的应用，特别是阅读信息、处理信息的能力，难度稍大．