Question

3．铜陵有色金属集团公司是电解铜产量全国第一的大型企业．其冶炼工艺中铜、硫回收率达到97%、87%．图表示其冶炼加工的流程：

冶炼中的主要反应为：Cu₂S+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+SO₂．
（1）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如图：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺．
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行．
③用吸收H₂后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH）表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池．电池充放电时的总反应为：Ni（OH）₂+M═NiO（OH）+MH，电池放电时，负极电极反应式为MH+OH^--e^-=H₂O+M； 充电完成时，全部转化为NiO（OH），若继续充电，将在一个电极产生O₂，O₂扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）在精炼铜的过程中，电解质溶液中c（Fe²⁺）、c（Zn²⁺）会逐渐增大而影响进一步电解．
几种物质的溶度积常数（K_sp）

物质	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Zn（OH）2	Cu（OH）2
Ksp	8.0×10-16	4.0×10-38	3.0×10-17	2.2×10-20

①调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法．根据上表中溶度积数据判断，含有等物质的量浓度Fe²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺的溶液，随pH升高最先沉淀下来的离子是Fe³⁺．
②一种方案是先加入过量的H₂O₂，再调节pH到4左右，加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺．加入H₂O₂后发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI；
②HI分解是可逆反应，分离出氢气有利于平衡正向移动；
③负极反应物MH失去电子，生成的H⁺在碱性条件下生成H₂O；由题意知氧气在阴极上被还原，电解质溶液呈碱性可知氧气被还原为OH^-；
（2）根据溶度积越大溶解度越大，随pH升高最先沉淀的是对应强氧化物的溶度积最小的离子分析；加入双氧水能够将亚铁离子氧化成铁离子，据此写出反应的离子方程式．

解答 解：（1）①从流程图可知，在反应器中，I₂氧化SO₂，生成硫酸和HI，反应方程式为SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺，故答案为：SO₂+I₂+2H₂O=SO₄^2-+2I^-+4H⁺；
②HI分解反应为可逆反应，则使用膜反应器分离出H₂的目的是及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行，
故答案为：HI分解为可逆反应，及时分离出产物H₂，有利于反应正向进行；
③负极反应物MH失去电子，生成的H⁺在碱性条件下生成H₂O，电解反应式为：MH-e^-+OH^-=H₂O+M，阴极的电极反应有两个，第一阶段是充电时的反应式，阴极上电极反应式为M+H₂O+e^-═MH+OH^-，第二阶段为吸收氧气的电极反应式，由题意知氧气在阴极上被还原，电解质溶液呈碱性可知氧气被还原为OH^-，所以其电极反应式为2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-．
故答案为：MH+OH^--e^-=H₂O+M；O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）①根据表中氢氧化物的溶度积可知，氢氧化铁的溶度积最小，其溶解度最小，所以随pH升高最先沉淀下来的离子是铁离子，故答案为：Fe³⁺；
②双氧水能够将溶液中的亚铁离子氧化成铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe²⁺+2H₂O．

点评 本题主要考查了工业电解冶炼金属铜原理、物质的分离和提纯、离子方程的书写，为高考常见题型，题目难度中等，注意掌握电解原理、物质的分离和提纯方法，试题培养了学生的分析、理解能力和实验设计能力．