题目内容
【题目】Cu2O是一种用途广泛的无机化工原料,一种以氧化铜矿(CuO,含有Fe2O3、Al2O3、SiO2杂质)为原料制备Cu2O的流程如图所示:
已知氨浸过程中仅发生的反应为:CuO+4NH3·H2O= [Cu(NH3)4]2++2OH-+3H2O
回答下列问题:
(1)氨浸之前需将矿物粉碎、过筛,目的是_______________________________。
(2)氨浸时的温度一般不超过30℃,主要原因是__________________。按此工艺,能否用NaOH溶液代替氨水?__________________(填“能”或“否”)。
(3)蒸馏过程中会生成一种黑色固体,则此过程中发生反应的化学方程式为____________。
(4)电解过程中阳极的电极反应式为_________________。
(5)Cu(OH)2也可与NH3·H2O反应,已知常温下:
Cu(OH)2(s)+4NH3·H2O(aq)[Cu(NH3)4]2+(aq)+2OH-(aq)+4H2O(l) K1=4.4×10-7
Cu2+(aq)+4NH3·H2O(aq)[Cu(NH3)4]2+(aq)+4H2O(l) K2=2.0×1013
则常温下Ksp[Cu(OH)2]=________________。
(6)为了尽量减少流程中所用原料的种类,还原过程可用气体A代替气体B,在加热条件下生成两种单质,该反应的化学方程式为________________________。
【答案】选取细小颗粒,增大反应物接触面积,提高“氨浸”反应速率 温度过高会导致NH3·H2O分解,NH3逸出 否 [Cu(NH3)4](OH)2 CuO+4NH3↑+H2O 2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O 2.2×10-20 2NH3+3CuO
3Cu+N2↑+3H2O
【解析】
(1)固体参加反应,为扩大接触面积氨浸之前需将矿物粉碎、过筛;
(2)根据氨水易分解分析;
(3)含有Cu元素的化合物只有CuO,据此分析;
(4)Cu在阳极失去电子生成Cu2O,据此书写阳极电极反应式;
(5)根据Ksp[Cu(OH)2]的溶度积常数定义,结合与两个热化学方程式的关系计算;
(6)根据气体A是NH3,NH3气具有还原性,会发生氧化还原反应,据此分析。
(1)氧化铜矿氨浸之前需将矿物粉碎、过筛,目的是增大固体与氨水的接触面积,提高“氨浸”反应速率;根据Cu2+能否形成络离子分析;
(2)浸时的温度一般不超过30℃,主要原因是温度过高会导致NH3·H2O分解,NH3逸出。按此工艺,不能用NaOH溶液代替氨水,因为CuO与氨水发生反应生成铜氨络离子,而与NaOH不反应;
(3)蒸馏过程中会生成一种黑色固体,这是由于分解产生了CuO黑色固体,则此过程中发生反应的化学方程式为[Cu(NH3)4](OH)2 CuO+4NH3↑+H2O;
(4)Cu在阳极失去电子,产生的Cu2+与溶液中的OH-反应生成Cu2O,电极反应式为:2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O;
(5) 常温下Ksp[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-),根据
Cu(OH)2(s)+4NH3·H2O(aq)[Cu(NH3)4]2+(aq)+2OH-(aq)+4H2O(l) K1=4.4×10-7
Cu2+(aq)+4NH3·H2O(aq)[Cu(NH3)4]2+(aq)+4H2O(l) K2=2.0×1013,结合化学平衡常数的含义可得Ksp[Cu(OH)2]=
=
=2.2×10-20;
(5)气体A是NH3,该气体具有还原性,可以将CuO还原为Cu,NH3被氧化为N2,同时反应产生水,反应方程式为:2NH3+3CuO3Cu+N2↑+3H2O。
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