Question

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

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\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃．
（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，说出主要操作方法，不必描述操作过程的细节）

Answer 1

分析 某矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，Fe₂O₃、SiO₂）加足量的稀盐酸，过滤，滤液A含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；固体混合物B为二氧化硅和Cu；滤液A中加足量的NaOH溶液，生成偏铝酸钠、氢氧化铁沉淀和氢氧化铜沉淀，过滤，滤液C为偏铝酸钠，偏铝酸钠经过一系列操作可以制得E（Al），固体混合物D为氢氧化铁沉淀和氢氧化铜沉淀，灼烧氢氧化铁沉淀和氢氧化铜沉淀得到固体混合物F（氧化铁和氧化铜），氧化铁和氧化铜混合物发生铝热反应生成Cu和Fe，电解得到纯铜．
（1）根据分离溶液和沉淀；根据灼烧过程所需要用到的仪器分析即可；
（2）依据提取流程图可知，加入过量盐酸，氧化铁和氧化铝全部溶解为氯化铁和氯化铝溶液，Cu₂O与盐酸反应生成氯化铜、铜和水，生成的铜能与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜，二氧化硅不溶于盐酸为沉淀；三价铁离子与KSCN溶液发生反应生成红色物质来检验三价铁离子；
（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）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：某矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，Fe₂O₃、SiO₂）加足量的稀盐酸，过滤，滤液A含有Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺；固体混合物B为二氧化硅和Cu；滤液A中加足量的NaOH溶液，生成偏铝酸钠、氢氧化铁沉淀和氢氧化铜沉淀，过滤，滤液C为偏铝酸钠，偏铝酸钠经过一系列操作可以制得E（Al），固体混合物D为氢氧化铁沉淀和氢氧化铜沉淀，灼烧氢氧化铁沉淀和氢氧化铜沉淀得到固体混合物F（氧化铁和氧化铜），氧化铁和氧化铜混合物发生铝热反应生成Cu和Fe，电解得到纯铜．
（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）依据提取流程图可知，加入过量盐酸，氧化铁和氧化铝全部溶解为氯化铁和氯化铝溶液，Cu₂O与盐酸反应生成氯化铜、铜和水，生成的铜能与氯化铁反应生成氯化亚铁和氯化铜，方程式为：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，二氧化硅不溶于盐酸为沉淀，所以滤液A中铁元素的存在形式为亚铁离子，可用氯水将其氧化成三价铁离子，三价铁离子与KSCN溶液发生反应生成红色物质来检验三价铁离子，
故答案为：Fe²⁺；2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；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\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，故答案为：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（4）设溶液的PH为X，NaAlO₂溶液中由水电离出的c（OH^-）=10^X-14mol/L，NaOH溶液中由水电离出的c（OH^-）=10^-Xmol/L，$\frac{1{0}^{X-14}}{1{0}^{-X}}$=10⁸，解得X=11，
则溶液中氢离子浓度：c（H⁺）=10^-11mol/L，即pH=11；
故答案为：11；
（5）a．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：电路中通过3.01×10²³个电子，得到精铜的质量为16g，故d错误；
故选：b．c；
（6）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．

点评 本题以矿渣（含有Cu₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）提取铜为背景，考查考查物质的制备以及分离和提纯等知识，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，难度中等．