Question

如圖是某有色金屬冶煉廠以某銅礦石（主要成分為Cu₂S，且含有Fe、Zn硫化物）為原料冶煉銅的工藝流程，其冶煉過程中銅、硫回收率達(dá)到97%、87%．

（1）冶煉精銅礦制粗銅的主要反應(yīng)方程式為

 

，從提高資源利用率和減排考慮，煙氣中的主要廢氣可綜合利用其制備

 

．
（2）以硫酸銅溶液為介質(zhì)電解精煉銅時(shí)，陰極上的電極反應(yīng)式為

 

；電解過程中，硫酸銅溶液的濃度會(huì)

 

（填“變大”“不變”或“變小”）．
（3）在精煉銅的過程中，電解質(zhì)溶液中c（Fe²⁺）、c（Zn²⁺） 會(huì)逐漸增大而影響進(jìn)一步電解．幾種物質(zhì)的溶度積常數(shù)（K_sp）如下：

物質(zhì)	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調(diào)節(jié)電解液的pH是除去雜質(zhì)離子的常用方法．根據(jù)上表中溶度積數(shù)據(jù)判斷，含等物質(zhì)的量濃度 Fe²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺的溶液，隨pH升高最先沉淀下來的離子是

 

．
②一種方案是先加入過量的H₂O₂，再調(diào)節(jié)pH到4左右，加入H₂O₂后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（4）為測(cè)定某鐵銅合金組成比例，某同學(xué)將一定量該合金樣品與某濃度的稀硝酸反應(yīng)，當(dāng)加入硝酸10mL，剩余金屬1.8g，生成NO（標(biāo)況）0.224L；再加入硝酸10mL，剩余金屬0.96g，又生成NO（標(biāo)況）0.224L；此時(shí)溶液中的金屬離子是

 

，繼續(xù)加入硝酸10mL，金屬恰好全部溶解，又生成NO（標(biāo)況）0.224L；則該合金中鐵銅的物質(zhì)的量之比為

 

．

Answer 1

分析：（1）某銅礦石主要成分為Cu₂S，流程分析判斷Cu₂S和氧氣反應(yīng)生成銅和二氧化硫；依據(jù)煙氣的成分為二氧化硫，結(jié)合二氧化硫的用途分析作用；
（2）根據(jù)電解原理分析電解精煉銅的陽(yáng)極材料為粗銅；精銅做電解槽的陰極，銅離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)寫出陰極的電極反應(yīng)，粗銅中的鐵、鋅等金屬電解時(shí)是電子，依據(jù)電子守恒可知電解質(zhì)溶液中銅離子難度減小；
（3）根據(jù)溶度積越大溶解度越大，隨pH升高最先沉淀的是對(duì)應(yīng)強(qiáng)氧化物的溶度積最小的離子分析；加入雙氧水能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式．
（3）根據(jù)溶度積越大溶解度越大，隨pH升高最先沉淀的是對(duì)應(yīng)強(qiáng)氧化物的溶度積最小的離子分析；加入雙氧水能夠?qū)�亞鐵離子氧化成鐵離子，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（4）依據(jù)金屬和稀硝酸反應(yīng)生成的一氧化氮?dú)怏w發(fā)生的氧化還原反應(yīng)電子守恒計(jì)算分析．

解答：解：（1）某銅礦石主要成分為Cu₂S，流程分析判斷Cu₂S和氧氣反應(yīng)生成銅和二氧化硫，反應(yīng)的化學(xué)方程式Cu₂S+O₂

高溫  .

2Cu+SO₂；依據(jù)煙氣的成分為二氧化硫，結(jié)合二氧化硫的用途分析作用，廢氣可綜合利用其制備硫酸、硫酸鹽、亞硫酸鹽等，
故答案為：Cu₂S+O₂

高溫  .

2Cu+SO₂；硫酸、硫酸鹽、亞硫酸鹽等；
（2）根據(jù)電解原理分析電解精煉銅的陽(yáng)極材料為粗銅；精銅做電解槽的陰極，銅離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)寫出陰極的電極反應(yīng)為Cu²⁺+2e^-=Cu，粗銅中的鐵、鋅等金屬電解時(shí)是電子，依據(jù)電子守恒可知電解質(zhì)溶液中銅離子難度減小；
故答案為：Cu²⁺+2e^-=Cu；  變小；
（3）①根據(jù)表中氫氧化物的溶度積可知，氫氧化鐵的溶度積最小，其溶解度最小，所以隨pH升高最先沉淀下來的離子是鐵離子；
②雙氧水能夠?qū)⑷芤褐械膩嗚F離子氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：Fe³⁺；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）將一定量該合金樣品與某濃度的稀硝酸反應(yīng)，當(dāng)加入硝酸10mL，剩余金屬1.8g，生成NO（標(biāo)況）0.224L；再加入硝酸10mL，剩余金屬0.96g，又生成NO（標(biāo)況）0.224L，繼續(xù)加入硝酸10mL，金屬恰好全部溶解，又生成NO（標(biāo)況）0.224L；
剩余金屬1.8g，說明反應(yīng)一定存在鐵被稀硝酸氧化為亞鐵離子，依據(jù)電子守恒Fe～Fe²⁺～2e^-，HNO₃～NO～3e^-，生成一氧化氮為0.01mol，則消耗鐵物質(zhì)的量為0.015mol，質(zhì)量=0.015mol×56g/mol=0.84g；再加入硝酸10mL，剩余金屬0.96g，金屬質(zhì)量減少為=1.8g-0.96g=0.84g，說明溶解的是鐵，此時(shí)溶液中生成的是亞鐵離子；
繼續(xù)加入硝酸10mL，金屬恰好全部溶解，又生成NO（標(biāo)況）0.224L；若是減少的金屬銅，則依據(jù)電子守恒可知質(zhì)量減少為0.015mol×64g=0.96g，則金屬減少0.96g；
由上述分析，金屬鐵為0.03mol，銅物質(zhì)的量為0.015mol，合金中鐵和銅物質(zhì)的量之比為0.03：0.015=2：1，
故答案為：Fe²⁺；2：1．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了工業(yè)電解冶煉金屬銅原理、物質(zhì)的分離和提純、離子方程的書寫，題目難度中等，注意掌握電解原理、物質(zhì)的分離和提純方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力．