题目内容

9.硒(Se)和碲(Te)有许多优良性能,被广泛用于冶金、化工、医药卫生等领域.工业上以铜阳极泥(含有Cu、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te等)为原料制备硒和碲的一种生产工艺如图所示:
已知:“酸浸”过程中TeO2与硫酸反应生成TeOSO4.
(1)焙烧时通入氧气使铜阳极泥沸腾,目的是做氧化剂助燃、增大氧气与铜阳极泥的接触面积,加快反应速率.
(2)SeO2与SO2的混合烟气可用水吸收制得单质Se,该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为2:1.已知25℃时,亚硒酸(H2SeO3)的Ka1=2.5×10-3,Ka2=2.6×10-7,NaHSeO3溶液的pH<7(填“>”、“<”或“=”),理由是Ka2=2.6×10-7,Kh=0.38×10-7,可知Ka2>Kh,HSeO3-电离程度大于水解程度,溶液呈酸性.
(3)“浸出液”的溶质成分除了TeOSO4外,还有CuSO4.上述整个流程中可以循环使用的物质是SO2.
(4)“还原”步骤中生成Te的化学方程式为2SO2+TeOSO4+3H2O=Te+3H2SO4;Te也可以通过碱性环境下电解Na2TeO3溶液获得,其阴极的电极反应式为TeO32-+4e-+3H2O=Te+6OH-.
(5)粗硒中硒的含量可用如下方法测定:
①Se+2H2SO4(浓)=2SO2↑+SeO2+2H2O;
②SeO2+4KI+4HNO3=Se+2I2+4KNO3+2H2O;
③I2+2Na2S2O3=Na2S4O6+2NaI
通过用Na2SO3标准溶液滴定反应②中生成的I2来计算硒的含量.实验中准确称量0.1200g粗硒样品,滴定中消耗0.2000mol•L-1Na2S2O3溶液24.00mL,则粗硒样品中硒的质量分数为79%.

分析 以铜阳极泥(主要成分为Cu、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te等)加入焙烧,得到SeO2、SO2、CuO、TeO2等,加入硫酸酸浸,浸出液中含有CuSO4、TeOSO4等,用电解法除去铜,通入二氧化硫,TeOSO4与二氧化硫发生氧化还原反应生成粗碲;
(1)氧气是氧化剂,可氧化Cu、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te生成对应的氧化物,通入的使铜阳极泥沸腾,可结合冶炼铁的沸腾炉原理,增大反应接触面积,提高反应速率;
(2)SeO2与SO2的混合烟气可用水吸收制得单质Se,说明Se发生还原反应,则SO2发生氧化反应,其氧化产物为+6的硫,即为H2SO4,可根据电子守恒计算氧化产物与还原产物的物质的量之比;NaHSeO3溶液中,存在HSeO3-的电离和水解,可结合Ka1=2.5×10-3,Ka2=2.6×10-7判断水解程度与电离程度的相对大小,判断溶液的酸碱性;
(3)焙烧时得到SeO2、SO2、CuO、TeO2等,加入硫酸酸浸,浸出液中含有CuSO4、TeOSO4等,还原时需要,由此判断SO2;
(4)“还原”步骤中TeOSO4被还原生成Te,SO2则被氧化为硫酸,根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式;电解池的阴极发生还原反应,可结合溶液的碱性环境写出阴极电极反应式;
(5)根据反应的方程式可知SeO2~2I2~4Na2S2O3计算样品中Se的质量,再计算其质量分数即可.

解答 解:(1)根据氧气的强氧化性可知,焙烧时通入可利用其做氧化剂助燃,另外通入氧气使铜阳极泥沸腾,类似于冶炼铁的沸腾炉,可增大氧气与铜阳极泥的接触面积,加快反应速率,故答案为:做氧化剂助燃、增大氧气与铜阳极泥的接触面积,加快反应速率;
(2)SeO2与SO2的混合烟气可用水吸收制得单质Se为还原产物,每生成1molSe转化4mol电子,反应同时得到的H2SO4为氧化产物,每生成1mol硫酸转移2mol电子,根据电子守恒,则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为2:1;亚硒酸(H2SeO3)的Ka1=2.5×10-3,Ka2=2.6×10-7,可知HSeO3-的水解常数Kh=$\frac{{K}_{w}}{{K}_{{a}_{2}}}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{2.6×1{0}^{-7}}$=0.38×10-7,可知Ka2>Kh,所以NaHSeO3溶液呈酸性,pH<7,
故答案为:2:1;<;Ka2=2.6×10-7,Kh=0.38×10-7,可知Ka2>Kh,HSeO3-电离程度大于水解程度,溶液呈酸性;
(3)灼烧后得到CuO、TeO2,加入硫酸,生成TeOSO4的同时生成CuSO4,焙烧生成的SO2可用于还原,则SO2可循环利用;
故答案为:CuSO4;SO2;
(4)TeOSO4与二氧化硫发生氧化还原反应生成粗碲,方程式为2SO2+TeOSO4+3H2O=Te+3H2SO4;通过碱性环境下电解Na2TeO3溶液获得Te,此时阴极上发生还原反应的电极反应式为TeO32-+4e-+3H2O=Te+6OH-,
故答案为:2SO2+TeOSO4+3H2O=Te+3H2SO4;TeO32-+4e-+3H2O=Te+6OH-;
(5)根据反应的方程式可知SeO2~2I2~4Na2S2O3,消耗的n(Na2S2O3)=0.2000 mol/L×0.024L=0.0048mol,
根据关系式计算样品中n(SeO2)=0.0048mol×$\frac{1}{4}$=0.0012mol,故Se的质量为0.0012mol×79g/mol=0.0948g,
所以样品中Se的质量分数为$\frac{0.0948g}{0.1200g}$×100%=79%,
故答案为:79%.

点评 本题考查实验制备方案、氧化还原反应滴定计算、物质的分离提纯、对条件与操作的分析评价,是对学生综合能力的考查,注意题目信息的迁移运用,明确制备流程、发生反应原理为解答关键,题目难度中等.

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