Question

10．工业上用某矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，Fe₂O₃、SiO₂）制取铜的操作流程如图：

已知：Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O
（1）实验操作Ⅰ的名称为过滤；在空气中灼烧固体混合物D时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有坩埚（填仪器名称）．
（2）滤液A中铁元素的存在形式为Fe²⁺（填离子符号），生成该离子的离子方程式为Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，检验滤液A中存在该离子的试剂为硫氰化钾溶液和新制氯水（填试剂名称）．
（3）金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（4）常温下，等pH的NaAlO₂和NaOH两份溶液中，由水电离出的c（OH^-）前者为后者的10⁸倍，则两种溶液的pH=11．
（5）利用电解法进行粗铜精炼时，下列叙述正确的是bc（填代号）．
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu²⁺浓度减小
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量无确定关系
（6）从浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水中选用合适的试剂，测定粗铜样品中金属铜的质量分数，涉及的主要步骤为：称取一定质量的样品→将浓硫酸用蒸馏水稀释，使样品与足量稀硫酸充分反应→过滤、洗涤、干燥→称量剩余固体铜的质量．（填缺少的操作步骤，不必描述操作过程的细节）

Answer 1

分析 Cu₂O与盐酸反应生成Cu和Cu²⁺，SiO₂与盐酸不反应，Fe₂O₃与盐酸反应生成Fe³⁺，与Cu反应生成Fe²⁺，固体B为SiO₂和Cu，滤液A中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，加入足量的NaOH溶液，滤液C中含有AlO₂^-，金属E为Al，固体D为Cu（OH）₂和Fe（OH）₃的混合物，在空气中灼烧，F为CuO和Fe₂O₃的混合物，粗铜为Cu、Al和Fe的混合物，经过电解可得纯铜，以此解答该题．
（1）根据分离溶液和沉淀选择操作；根据灼烧过程所需要用到的仪器分析即可；
（2）Al₂O₃、Fe₂O₃均与盐酸反应生成对应的阳离子，由于Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，又因为Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故溶液中铁主要存在Fe²⁺，检验二价铁的方法是取少量样品加入硫氰化钾溶液，无明显现象，再加新制氯水，出现血红色即可；
（3）根据铝热反应的原理来书写；
（4）设溶液的PH为X，然后求出由水电离出的c（OH^-），利用由水电离出的c（OH^-）前者为后者的10⁸倍求出X；
（5）a．电能转化为化学能、热能；
b．粗铜接电源正极，失去电子，发生氧化反应；
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu²⁺浓度减小；
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量存在关系；
（6）要测定铜的质量分数，可以把浓硫酸稀释，铜和稀硫酸不反应，氧化铜和稀硫酸反应，即可求出铜的质量分数．设计方案的主要步骤是将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后，过滤，干燥，称量剩余固体铜的质量即可．

解答 解：Cu₂O与盐酸反应生成Cu和Cu²⁺，SiO₂与盐酸不反应，Fe₂O₃与盐酸反应生成Fe³⁺，与Cu反应生成Fe²⁺，固体B为SiO₂和Cu，滤液A中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，加入足量的NaOH溶液，滤液C中含有AlO₂^-，金属E为Al，固体D为Cu（OH）₂和Fe（OH）₃的混合物，在空气中灼烧，F为CuO和Fe₂O₃的混合物，粗铜为Cu、Al和Fe的混合物，经过电解可得纯铜．
（1）实验操作I步骤中分离溶液和沉淀的操作名称为过滤，在空气中灼烧固体混合物D时，所用到的仪器有坩埚、泥三角、三角架、酒精灯，玻璃棒，
故答案为：过滤；坩埚；
（2）Al₂O₃、Fe₂O₃均与盐酸反应生成对应的阳离子，由于Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，又因为Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故溶液中铁主要存在Fe²⁺，检验二价铁的方法是取少量样品加入硫氰化钾溶液，无明显现象，再加新制氯水，出现血红色即可，
故答案为：Fe²⁺；Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺；硫氰化钾溶液和新制氯水；
（3）铝与氧化铁发生铝热反应的化学方程式为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，
故答案为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（4）设溶液的PH为X，NaAlO₂溶液中由水电离出的c（OH^-）=10^X-14mol/L，NaOH溶液中由水电离出的c（OH^-）=10^-Xmol/L，$\frac{1{0}^{X-14}}{1{0}^{-X}}$=10⁸，解得X=11，
故答案为：11；
（5）①a．电能部分转化为化学能，故a错误；
b．粗铜接电源正极，失去电子，发生氧化反应，故b正确；
c．精铜作阴极，电解后电解液中Cu²⁺浓度减小，故c正确；
d．粗铜精炼时通过的电量与阴极析出铜的量存在关系：比如电路中通过3.01×10²³个电子，得到精铜的质量为16g，故d错误；
故答案为：bc；
（6）要测定铜的质量分数，可以把浓硫酸稀释，铜和稀硫酸不反应，氧化铜和稀硫酸反应，即可求出铜的质量分数．设计方案的主要步骤是将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后，过滤，干燥，称量剩余固体铜的质量即可，
故答案为：将浓硫酸用蒸馏水稀释，将样品与稀硫酸充分反应后．

点评 本题以矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）提取铜为背景，考查物质的制备以及分离和提纯等知识，涉及物质的性质、化学方程式、电解原理等，侧重于考查学生综合运用化学知识的能力，为高考常见题型，难度不大．