Question

15．从银铜合金废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如图：

已知：①铝元素在溶液中的存在形态与溶液pH的关系如图所示．

②室温时，Cu（OH）₂的溶度积K_sp=2.0×10^-20，当溶液中某种离子浓度小于1.0×10^-5mol/L时，认为该离子沉淀完全，lg5=0.7．
③Al（OH）₃和Cu（OH）₂开始分解的温度分别为450℃和80℃．
请回答下列问题：
（1）电解精炼银时，粗银做阳极（填“阴”或“阳”），电解质选用AgNO₃溶液，阴极电极反应为Ag⁺+e^-=Ag．
（2）在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范围在6.65-12，若控制不当，使NaOH过量可能会引起的反应的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（3）煅烧过程中发生多步反应，写出最终生成CuAlO₂的反应的化学方程式：2Al₂O₃+4CuO=4CuAlO₂+O₂．
（4）若银铜合金中铜的质量分数为64%，理论上1.0kg废料中的铜可完全转化为CuAlO₂，至少需要1.0mol•L^-1的Al₂（SO₄）₃溶液5L．

Answer 1

分析 由工艺流程图可知，废料在空气中熔炼时，Cu被氧化，滤渣中含有CuO及少量Ag，向滤渣中加入硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应，过滤得到硫酸铜溶液（含有硫酸），滤渣A为Ag；在硫酸铜溶液中加入硫酸铝、氢氧化钠，煮沸、过滤得到Al（OH）₃和CuO，灼烧中会得到CuO、Al₂O₃，二者煅烧可得到CuAlO₂，滤渣A含有Ag，粗银电解时，粗银为阳极，在阴极上得到银，可得到提纯的目的，
（1）根据电解原理分析判断，电镀法精炼银时，粗银为阳极，精银为阴极；
（2）依据图象和溶度积常数计算铜离子和铝离子完全沉淀所需的PH，未煮沸之前是Cu（OH）₂和Al（OH）₃，Cu（OH）₂分解的温度为80℃判断产物，根据氢氧化铝显两性能与碱反应；
（3）根据化合价升降总数相等以及原子守恒来配平；
（4）根据铜元素守恒建立关系式：Cu～CuAlO₂来计算；根据铝元素守恒建立关系式：Al₂（SO₄）₃～2CuAlO₂来计算．

解答 解：（1）电解法精炼银时，粗银为阳极，精银为阴极，电解质为硝酸银，阳极上失电子变成离子进入溶液了：Ag-e^-=Ag⁺，阴极银离子得到电子形成单质银：Ag⁺+e^-=Ag，
故答案为：阳；AgNO₃；Ag⁺+e^-=Ag；
（2）未煮沸之前是Cu（OH）₂和Al（OH）₃，Al（OH）₃和Cu（OH）₂，煮沸后Cu（OH）₂分解产生氧化铜，可知B为Al（OH）₃和CuO，在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范围在铝离子和铜离子全部沉淀，氢氧化铝沉淀完全PH=12，室温时，Cu（OH）₂的溶度积K_sp=2.0×10^-20．（lg5=0.7），据此计算全部沉淀的PH，c²（OH^-）=$\frac{2×10{\;}^{-20}}{1×10{\;}^{-5}}$=2×10^-15，c（H⁺）=10^-6.65，PH=6.65，在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范围在为：6.65-12，氢氧化铝显两性能与碱反应：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，反应的离子方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：6.65-12； Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）反应前Cu为+2价，反应后为+1，化合价降低1，Al化合价没有变化，所以氧元素的化合价升高，生成氧气，反应前氧为-2价，反应后为0，化合价升高2，两者的最小公倍数是2，再根据原子守恒得：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑，
故答案为：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑；
（4）由关系式：Cu～CuAlO₂得n（CuAlO₂）=$\frac{1000g×64%}{64g/mol}$=10.0mol，则CuAlO₂为10.0mol，
由关系式：Al₂（SO₄）₃～2CuAlO₂得Al₂（SO₄）₃=n（CuAlO₂）×$\frac{1}{2}$=5.0mol，所以需要体积为$\frac{5mol}{1.0mol/L}$=5L，
故答案为：5．

点评 本题为工艺流程题，从废料中回收银并制备铜化工产品为背景，考查了电解原理、沉淀的判断、氧化还原反应的配平以及化学计算，难度中等．