题目内容

7．黄铜矿的湿法冶金技术，主要包括直接酸浸、氧化焙烧、硫酸化焙烧．工业上用惰性电极电解生产铜的流程如图所示：
当向溶液中加入精矿粉（不考虑黄铜矿中的其他杂质）后，发生的反应主要有：
CuFeS2+4H+═Cu2++Fe2++2H2S，Fe3++H2S═2Fe2++S↓+2H+．
（1）为了加快电化浸出速率，可以采取的措施有升高电压、减少两个电极的距离，通入空气的作用是2Cu+O2+4H+═2Cu2++2H2O（用离子方程式表示）．
（2）若忽略硫酸铁的其他损耗，理论上在反应中不需要（填“需要”或“不需要”）补充硫酸铁，原因是Fe3+被还原后得到Fe2+，Fe2+在阳极放电生成Fe3+，实现了浸出剂的循环．
（3）浸出液必须趁热过滤，主要原因是防止硫酸铜晶体析出．
（4）浸出过程中常加入NaCl，一方面可以提供Cl-以解决硫包裹问题，抑制铜矿粉氧化过程中的钝化，另一方面可以增加溶液中H+的活性和增强溶液的导电性．
（5）若电解200 mL 1 mol•L-1的硫酸铜溶液，当溶液的pH=0（假设溶液的体积没有变化），此时电路中通过的电子数目为0.2NA，溶液中的离子浓度大小顺序为c（H+）＞c（SO42-）＞c（Cu2+）＞c（OH-），．

分析 （1）为了加快电化浸出速率可以升高电压、减少两个电极的距离等，通入空气是在酸性溶液中氧化单质铜生成铜盐；
（2）若忽略硫酸铁的其他损耗，理论上在反应中铁离子被还原为亚铁离子，亚铁离子在阳极失电子会生成铁离子；
（3）趁热过滤防止晶体析出；
（4）出过程中常加入NaCl，一方面可以提供Cl-以解决硫包裹问题，抑制铜矿粉氧化过程中的钝化，另一方面可以增加溶液中H+的活性和溶液导电性；
（5）电解硫酸铜溶液生成硫酸、铜和氧气，结合化学方程式定量关系计算电子转移总数，溶液中为生成的硫酸和剩余的硫酸铜溶液，据此判断溶液中离子浓度大小；

解答 解：（1）为了加快电化浸出速率可以升高电压、减少两个电极的距离等，通入空气是在酸性溶液中氧化单质铜生成铜盐，反应的离子方程式为：2Cu+O2+4H+═2Cu2++2H2O，
故答案为：升高电压、减少两个电极的距离；2Cu+O2+4H+═2Cu2++2H2O；
（2）若忽略硫酸铁的其他损耗，Fe3+被还原后得到Fe2+，Fe2+在阳极放电生成Fe3+，实现了浸出剂的循环，不需要补充硫酸铁，
故答案为：不需要；Fe3+被还原后得到Fe2+，Fe2+在阳极放电生成Fe3+，实现了浸出剂的循环；
（3）浸出液必须趁热过滤，主要原因是防止硫酸铜晶体析出，
故答案为：防止硫酸铜晶体析出；
（4）出过程中常加入NaCl，一方面可以提供Cl-以解决硫包裹问题，抑制铜矿粉氧化过程中的钝化，另一方面可以增加溶液中H+的活性和溶液导电性，
故答案为：增强溶液的导电性；
（5）若电解200 mL 1 mol•L-1的硫酸铜溶液，当溶液的pH=0（假设溶液的体积没有变化），c（H+）=1mol/L，n（H2SO4）=$\frac{1}{2}$n（H+）=$\frac{1}{2}$×0.2L×1mol/L=0.1mol，电解化学方程式：2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4，反应生成铜0.1mol电子转移总数0.2mol，此时电路中通过的电子数目为0.2NA，溶液中为0.1molCuSO4和0.1molH2SO4混合溶液中离子浓度大小为：c（H+）＞c（SO42-）＞c（Cu2+）＞c（OH-），
故答案为：0.2NA；c（H+）＞c（SO42-）＞c（Cu2+）＞c（OH-），

点评 本题考查了物质提纯分离过程分析，主要是物质性质、电解原理等知识的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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17．某小组同学在实验室研究Al与CuCl2溶液的反应．
实验操作实验现象
ⅰ．红色物质附着于铝片表面
ⅱ．大量无色气体从红色物质表面逸出，放出大量的热
ⅲ．烧杯底部出现白色沉淀
（1）现象ⅰ中的红色物质是Cu．
（2）经检验现象ⅱ中的无色气体为氢气．
①甲认为Al与H+反应产生了氢气，用离子方程式表示溶液中存在大量H+的原因Cu2++2H2O?Cu（OH）2+2H+．
②氢气从红色物质表面逸出的原因是Cu和Al在酸性条件下形成原电池，Cu为正极，H+在正极表面得电子生成氢气．
（3）探究白色沉淀的化学成分．
查阅资料：Cu+可与浓氨水反应生成Cu（NH3）2+（无色），该无色物质在空气中易被氧化变为蓝色．
乙认为白色沉淀可能是CuCl，并通过实验证明其猜测正确，实验步骤如下：
a．取白色沉淀，充分洗涤；
b．向其中加入浓氨水，沉淀溶解得到无色溶液，将无色溶液分为两份；
c．取其中一份无色溶液…
d．将另一份无色溶液放置于空气中，一段时间后，溶液变为蓝色．
①步骤c的实验方案是加入足量的稀硝酸，再滴加几滴硝酸银溶液．
②用化学平衡移动原理解释CuCl溶于浓氨水的原因CuCl在水溶液中存在平衡：CuCl（s）?Cu+（aq）+Cl-（aq），加入浓氨水，浓氨水与Cu+反应生成Cu（NH3）2+，Cu+浓度减小，平衡正向移动，促进CuCl溶解．
（4）探究CuCl产生的原因．
①丙猜测可能是Cu与CuCl2溶液反应生成了CuCl，因为Cu具有还原性．
②取Cu粉与1mol/L CuCl2溶液混合，无白色沉淀产生，丙再次分析Al与CuCl2溶液反应的实验现象，改进实验方案，证明了Cu与CuCl2溶液反应生成了CuCl，改进之处是加热．

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