Question

【题目】某工业含铜废料含有 Cu、CuO、CuS、CuSO4 等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示，请回答下列问题：

(1)“焙烧”过程中除生成 SO2 的反应外，另外一个反应的化学方程式是______。

(2)“酸化”过程为加快反应速率，可采用的措施有______(写出一条即可)。

(3)若试剂 a 为 Zn，则“置换”的离子方程式为_____。

(4)“淘洗”的作用是_________________。

(5)“反应”一步中使用 20% HNO3 和 10% H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的离子方程式为_______________________________________；若该步骤只使用 20% HNO3，随着反应的进行，温度升高，出现大量红棕色气体，则还原剂与氧化剂的物质的量之比为_______________。

Answer 1

【答案】2Cu +O22CuO 升高温度 Cu2+ + Zn ══ Cu + Zn2+ 除去过量的锌 Cu+ H2O2 + 2H+═ Cu + 2H2O 1 ：2

【解析】

废料中的铜元素有两种价态：0价和+2价，而目标产品Cu(NO3)2·3H2O中铜元素显+2价，过程中应该有氧化还原反应发生，废料中硫元素等杂质要除去。由流程图分析，将废料“焙烧”时Cu和CuS将被O2氧化生成固体CuO和气体SO2。用H2SO4“酸化”有发生反应CuO+H2SO4=CuSO4+H2O，所以酸化得到的溶液主要是CuSO4溶液。加入“过量试剂a”的目的是通过“置换”反应得到单质铜，试剂a应选择比铜活泼的金属单质。“置换”后“过滤”所得固体是铜单质（含有过量的锌），“淘洗”目的就是除去过量的金属锌。“反应”步骤中金属铜溶解在20%HNO3和10%H2O2溶液中，得到Cu(NO3)2溶液，最后经一系列操作得到目标产品[Cu(NO3)2·3H2O]。

(1)废料中Cu和CuS在“焙烧”过程中与O2反应，CuS将转化为CuO和SO2，所以另外一个反应的化学方程式为2Cu+O22CuO。

(2)“焙烧”后的固体用硫酸酸化，根据影响化学反应速率的外界因素可知，加快反应速率的措施有：①升高温度；②在一定范围内增大硫酸的浓度；③将“焙烧”后的固体粉碎。（任选一条回答即可）

(3)Zn比Cu活泼，能够将溶液中的Cu2+置换，其离子方程式为Cu2++Zn=Cu+Zn2+。

(4)在“置换”步骤中加入了过量的锌，得到的固体铜中含有锌，为了不影响产品的纯度必须除去锌，所以“淘洗”的作用就是除去过量的锌。

(5)从目标产物看，“反应”步骤应该是将单质铜转化为Cu(NO3)2的过程，铜元素被氧化，而“整个过程无红棕色气体产生”说明氧化剂不是HNO3，可推知该过程作为氧化剂的物质应是H2O2，所以发生反应的离子方程式为：Cu+H2O2+2H+═ Cu+2H2O。若该步骤只使用20% HNO3且出现大量红棕色气体，可推知该过程起氧化剂作用的是HNO3，还原产物是红棕色的NO2气体，化学反应方程式为Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，因4molHNO3中只有2molHNO3起氧化剂作用，所以还原剂（Cu）与氧化剂（HNO3）物质的量之比为1:2。