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9.某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和大量脉石(SiO2),现采用酸浸法从矿石中提取铜,其流程图如下:

已知:①当矿石中三氧化二铁含量太低时,可用硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜;②反萃取后的水层是硫酸铜溶液,Cu2+浓度约为50g/L.回答下列问题:
(1)矿石用稀硫酸浸出过程中氧化亚铜发生的反应为:Cu2O+2H+═Cu2++Cu+H2O;请写出该过程中发生的另一个氧化还原反应的离子方程式:Cu+2Fe3+═2Fe2++Cu2+.
(2)写出用惰性电极电解水层的电解总反应方程式:2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O2↑+2Cu+2H2SO4.
(3)循环中反萃取剂B的主要成分是H2SO4.
(4)某铜矿石样品中,若仅含氧化亚铜、三氧化二铁和脉石三种物质.取该矿石样品200.0g,用100mL1.0mol•L-1H2SO4溶液浸取后,还需加入10mL 1.0mol•L-1 Fe2(SO4)3溶液才能使铜全部浸出,浸取液经充分电解后可得到 6.4gCu.求铜矿石样品中氧化亚铜和氧化铁的质量分数?

分析 (1)氧化铜、三氧化二铁均可以和强酸发生反应生成盐和水,金属铜和三价铁之间发生氧化还原反应;
(2)水层为硫酸铜溶液,电解硫酸铜溶液生成铜、硫酸和氧气;
(3)反萃取后的水层是硫酸铜溶液,由电解知生成硫酸,所以循环中反萃取剂B是硫酸;
(4)依据反应过程中铜元素守恒计算氧化亚铜含量;依据氧化还原反应的电子守恒计算氧化铁的质量分数.

解答 解:(1)矿石用稀硫酸浸出过程中氧化亚铜发生的反应为,Cu2O+2H+═Cu2++Cu+H2O;金属铜和三价铁之间发生氧化还原反应;反应的离子方程式为:Cu+2Fe3+═2Fe2++Cu2+;
故答案为:Cu+2Fe3+═2Fe2++Cu2+;
(2)水层为硫酸铜溶液,电解硫酸铜溶液生成铜、硫酸和氧气,发生反应的方程式为:2CuSO4+2H2O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O2↑+2Cu+2H2SO4;
故答案为:2CuSO4+2H2O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$O2↑+2Cu+2H2SO4 ;
(3)反萃取后的水层是硫酸铜溶液,由电解知生成硫酸,所以循环中反萃取剂B是硫酸;
故答案为:H2SO4;
(4)取该矿石样品200.0g,用100mL1.0mol•L-1H2SO4溶液浸取后,还需加入10mL 1.0mol•L-1 Fe2(SO4)3溶液才能使铜全部浸出,浸取液经充分电解后可得到 6.4gCu;依据铜元素守恒氧化亚铜中的铜元素最后生成铜,铜Cu物质的量=$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol;氧化亚铜物质的量为0.05mol;质量为0.05mol×144g/mol=7.2g;Cu2O%=$\frac{7.2g}{200g}$×100%=3.6%;依据氧化还原反应电子守恒Fe3+~Cu+~Cu计算得到:n(Fe3+)=0.1mol;原样品中铁元素物质的量为=0.1mol-0.02mol=0.08mol;
所以Fe2O3物质的量为:0.04mol,质量分数=$\frac{0.04mol×160g/mol}{200g}$×100%=3.2%,
答:Cu2O的质量分数:3.6%; Fe2O3的质量分数:3.2%.

点评 本题看似考察酸浸法从矿石中提取铜这样一个复杂的工艺流程,实际上考察了常见金属及其化合物的性质、电解精炼铜,及对有机物结构的结构分析,题目难度较大.

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