Question

以黄铜矿精矿为原料，制取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．采用如图所示装置进行电化学浸出实验。将精选黄铜矿粉加入电解槽的阳极区，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+ ，阳极区硫酸铁的主要作用是 。（2）阴极区，电极上开始时有大量气泡产生，后有红色固体析出，一段时间后红色固体溶解。写出析出红色固体的反应方程式 。

（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 。

（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200mL0.5 mol/L的CuSO4溶液，生成铜3.2 g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是 。

 

Answer 1

（1）吸收硫化氢气体，防止环境污染（表述合理即可得分） （1分）

（2）Cu2++2e–＝Cu （2分） （3）分液漏斗 （1分）

（4）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 （2分） （5）c(H+)＞c(SO42–)＞c(Cu2+)＞c(OH–) （2分）

【解析】

试题分析：（1）反应CuFeS2 + 4H+＝Cu2+ + Fe2+ + 2H2S↑中有H2S气体产生，H2S有毒属于大气污染物。根据反应2Fe3+ + H2S＝2Fe2+ + S↓+ 2H+ 可知，阳极区硫酸铁的主要作用是吸收硫化氢气体，防止环境污染。

（2）电解池中阴极得到电子，发生还原反应。阴极析出红色固体，说明该红色固体是铜，因此电极反应式为Cu2++2e–＝Cu。

（3）有机物不溶于水，分液即可，所以分离有机相和水相的主要实验仪器是分液漏斗。

（4）加入硫酸，增大溶液中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）200mL0.5 mol/L的CuSO4溶液中硫酸铜的物质的量＝0.2L×0.5mol/L＝0.1mol，生成铜3.2 g，物质的量＝3.2g÷64g/mol＝0.05mol。这说明反应中硫酸铜还有0.05mol没有被电解。根据方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑可知，溶液中还生成0.05mol硫酸。由于铜离子水解，则溶液中离子浓度大小顺序是）c(H+)＞c(SO42–)＞c(Cu2+)＞c(OH–)。

考点：考查电解原理的有关判断与计算、溶液中离子浓度大小比较、物质的分离与提纯、外界条件对平衡状态的影响以及氧化还原反应的应用