Question

6．冰铜矿的主要成分是Cu₂S、FeS，含有少许Al₂O₃和SiO₂杂质．由冰铜矿冶炼金属铜的流程如下：

已知各离子沉淀的范围如下表

离子	Fe3+	Fe2+	Cu2+
开始沉淀pH	1，9	7.0	6，7
沉淀完全pH	$\frac{3}{4}$	9.0	10.0

请回答下列问题：
（1）将冰铜矿粉碎的目的是提高浸出率，另外一种提高浸出率的措施是升高温度或者增大浸取剂浓度等．
（2）溶液1的成分是NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH，若向其中通入足量的CO₂可以析出的沉淀是H₂SiO₃、Al（OH）₃，
此时溶液中的溶质将变成NaHCO₃．
（3）沉淀1加入H₂O₂和稀H₂SO₄后，溶液中阴离子只有SO₄^2-，金属阳离子有Cu²⁺ 和F³⁺，则该过程的离子方程式为：2H⁺+Cu₂S+5H₂O₂═2Cu²⁺+SO₄^2-+6H₂O，2H⁺+2FeS+9H₂O₂═2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O．
（4）溶液2调节的pH范围为3.4≤pH＜6.7．
（5＞对红褐色沉淀进行洗涤并干燥处理，可以得到纯净的Fe（OH）₃，可用于制备红色颜料Fe₂O₃．检验红褐色沉淀是否洗净的方法是取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若不产生白色沉淀，则沉淀已经洗净．
（6）用惰性电极对溶液3进行电解，电解CuSO₄溶液的化学方程式为：2CuSO₄+2H₂O　$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
当两极共产生标准状况下44.8L气体且阴阳两极产生的气体体积之比为1：1时，则析出的铜的质量为64g．

Answer 1

分析 冰铜矿的主要成分是Cu₂S、FeS，含有少许Al₂O₃和SiO₂杂质，粉碎后得到冰铜矿矿粉，加入足量氢氧化钠溶液浸取，Al₂O₃和SiO₂杂质溶液氢氧化钠生成NaAlO₂和Na₂SiO₃，过滤得到溶液Ⅰ主要是NaAlO₂和Na₂SiO₃，NaOH，沉淀Ⅰ为Cu₂S、FeS，沉淀1加入H₂O₂和稀H₂SO₄后，得到溶液2中阴离子只有SO₄^2-，金属阳离子有Cu²⁺ 和F_e³⁺，溶液2加入试剂调节溶液过滤得到氢氧化铁红褐色沉淀，溶液3主要是硫酸铜，电解硫酸铜溶液得到铜和硫酸，
（1）提高浸出率，的方法可以增大接触面积、升温、搅拌、增大浸取剂浓度等；
（2）上述分析可知溶液1的成分为偏铝酸钠、硅酸钠和氢氧化钠，若向其中通入足量的CO₂可以析出的沉淀是硅酸和氢氧化铝沉淀，溶液中生成碳酸氢钠；
（3）沉淀1加入H₂O₂和稀H₂SO₄后，Cu₂S、FeS溶解得到溶液中阴离子只有SO₄^2-，金属阳离子有Cu²⁺ 和F³⁺，据此书写离子方程式；
（4）溶液2调节的pH范围是沉淀铁离子，铜离子不能沉淀；
（5）检验红褐色沉淀是否洗净的方法是检验洗涤液中是否含硫酸根离子设计实验检验；
（6）用惰性电极对溶液3进行电解，电解CuSO₄溶液生成铜、氧气和硫酸，依据电极反应和电子守恒计算．

解答 解：冰铜矿的主要成分是Cu₂S、FeS，含有少许Al₂O₃和SiO₂杂质，粉碎后得到冰铜矿矿粉，加入足量氢氧化钠溶液浸取，Al₂O₃和SiO₂杂质溶液氢氧化钠生成NaAlO₂和Na₂SiO₃，过滤得到溶液Ⅰ主要是NaAlO₂和Na₂SiO₃，NaOH，沉淀Ⅰ为Cu₂S、FeS，沉淀1加入H₂O₂和稀H₂SO₄后，得到溶液2中阴离子只有SO₄^2-，金属阳离子有Cu²⁺ 和F_e³⁺，溶液2加入试剂调节溶液过滤得到氢氧化铁红褐色沉淀，溶液3主要是硫酸铜，电解硫酸铜溶液得到铜和硫酸，
（1）提高浸出率，的方法可以增大接触面积、升温、搅拌、增大浸取剂浓度等，
故答案为：升高温度或者增大浸取剂浓度等；
（2）上述分析可知溶液1的成分为偏铝酸钠、硅酸钠和氢氧化钠，化学式为：NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH，若向其中通入足量的CO₂可以析出的沉淀是硅酸和氢氧化铝沉淀，H₂SiO₃、Al（OH）₃，溶液中生成碳酸氢钠，
故答案为：NaAlO₂、Na₂SiO₃、NaOH；H₂SiO₃、Al（OH）₃；NaHCO₃；
（3）沉淀1加入H₂O₂和稀H₂SO₄后，Cu₂S、FeS溶解得到溶液中阴离子只有SO₄^2-，金属阳离子有Cu²⁺ 和F³⁺，反应的离子方程式：2H⁺+Cu₂S+5H₂O₂═2Cu²⁺+SO₄^2-+6H₂O；2H⁺+2FeS+9H₂O₂═2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O，
故答案为：2H⁺+Cu₂S+5H₂O₂═2Cu²⁺+SO₄^2-+6H₂O；2H⁺+2FeS+9H₂O₂═2Fe³⁺+2SO₄^2-+10H₂O；
（4）溶液2调节的pH范围是沉淀铁离子，铜离子不能沉淀，溶液2调节的pH范围为3.4≤pH＜6.7，
故答案为：3.4≤pH＜6.7；
（5）检验红褐色沉淀是否洗净的方法是检验洗涤液中是否含硫酸根离子设计实验检验，检验红褐色沉淀是否洗净的方法是：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若不产生白色沉淀，则沉淀已经洗净，
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，若不产生白色沉淀，则沉淀已经洗净；
（6）用惰性电极对溶液3进行电解，电解CuSO₄溶液生成铜、氧气和硫酸，反应的化学方程式为：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，依据电极反应和电子守恒计算，当两极共产生标准状况下44.8L气体物质的量=$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol，且阴阳两极产生的气体体积之比为1：1时，每个电极生成气体物质的量为1mol，依据电子转移守恒计算，
阳极电极反应：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
                                4                1
                               4mol            1mol
阴极电极反应：Cu²⁺+2e^-=Cu，
                              2         1
                            2mol     1mol
                         2H⁺+2e^-=H₂↑
                                2       1
生成铜物质的量为1mol，质量=1mol×64g/mol=64g，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；64g．

点评 本题考查了物质分离提纯方法、物质性质、电解原理和电子守恒的计算应用、离子检验等知识，掌握基础是解题关键，题目难度中等．