Question

【题目】实验室从废电路板粉碎金属料(主要含金属Cu，还含少量Zn、Fe、Pb等金属)中回收铜，其实验流程如下：

已知：一定pH范围内，Cu2+、Zn2+等能与氨形成配离子。

(1)“氨浸”在题图-1所示的装置中进行。

①鼓入空气，金属Cu可被氧化生成[Cu(NH3)4] 2+，其离子方程式为________；

②空气流量过大，会降低Cu元素的浸出率，其原因是_____________。

③“氨浸”时向氨水中加入一定量(NH4)2SO4固体，有利于Cu2+转化为[Cu(NH3)4]2+，其原因是_________。

(2)洗涤滤渣所得的滤液与“过滤”所得滤液合并的目的是________________。

(3)滤液中主要阳离子为[Cu(NH3)4]2+、NH，还含有一定量的[Zn(NH3)4]2+。其中铜氨配离子的离解反应可表示为：[Cu(NH3)4]2+(aq) Cu2+(aq) +4NH3(aq)，该反应的平衡常数表达式为________；某有机溶剂HR可高效萃取离解出的Cu2+(实现Cu2+与Zn2+的有效分离)，其原理为(org表示有机相)：Cu2+(aq) + 2HR(org) CuR2(org) + 2H+(org)；再向有机相中加入稀硫酸，反萃取得到CuSO4溶液。

结合题图-2和题图-3，补充完整以滤液为原料，制取较纯净CuSO4·5H2O晶体的实验方案：_______，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤干燥。(实验中可选用的试剂：有机溶剂HR、2mol·L1硫酸、3mol·L1硫酸)。

Answer 1

【答案】2Cu + 8NH3 ·H2O + O2 = 2[Cu(NH3)4] 2＋ + 4OH－+ 6H2O 空气流量过大，氨的挥发量增多，铜的浸出率减小 增加NH 的浓度，会抑制NH3 ·H2O的电离平衡，增大溶液中NH3·H2O浓度 提高铜元素的利用率 将滤液和有机溶剂HR按体积比1∶1混合，充分振荡，静置分层。分液，取有机相，加入适量2 mol·L－1硫酸，充分振荡，静置分层。分液，取水相

【解析】

金属料(主要含金属Cu，还含少量Zn、Fe、Pb等金属)加入氨水同时通入空气进行氨浸，Cu、Zn被氧化后和氨水形成配合物溶于水中，过滤除去Fe、Pb等金属；得到的滤液中主要阳离子为[Cu(NH3)4]2+、NH，还含有一定量的[Zn(NH3)4]2+；之后利用有机溶剂HR萃取Cu2+，萃取后再向有机相中加入稀硫酸，反萃取得到CuSO4溶液，之后经蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤干燥得到硫酸铜晶体。

(1)①鼓入空气，金属Cu可被氧化生成[Cu(NH3)4] 2+，氧化剂应为氧气，结合电子守恒和元素守恒可得离子方程式为2Cu + 8NH3 ·H2O + O2= 2[Cu(NH3)4] 2＋ + 4OH－+ 6H2O；

②空气流量过大，氨的挥发量增多，导致铜的浸出率减小；

③“氨浸”时向氨水中加入一定量(NH4)2SO4固体，可增加NH 的浓度，会抑制NH3 ·H2O的电离平衡，增大溶液中NH3·H2O浓度，有利于Cu2+转化为[Cu(NH3)4]2+；

(2)洗涤滤渣所得的滤液中含有铜元素，洗涤滤渣所得的滤液与“过滤”所得滤液合并可提高铜元素的利用率；

(3)铜氨配离子的离解反应可表示为：[Cu(NH3)4]2+(aq) Cu2+(aq) +4NH3(aq)，其平衡常数表达式为；

据图可知当有机相和水相体积比为1:1时，铜的浸取率已经很高，继续增大有机相的体积浸取率有所下降，所以萃取时有机相和水相体积比取1:1；据图可知当硫酸的浓度为2mol/L和3mol/L时反萃取率相差不大，但浓度过大会造成硫酸的浪费，所以反萃取时硫酸的浓度选2mol/L，具体操作为：将滤液和有机溶剂HR按体积比1∶1混合，充分振荡，静置分层。分液，取有机相，加入适量2 mol·L－1硫酸，充分振荡，静置分层。分液，取水相，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤干燥。