Question

某銅礦石含氧化銅、氧化亞銅、三氧化二鐵和大量脈石（SiO₂），現采用酸浸法從礦石中提取銅，其流程圖如下：

已知：①當礦石中三氧化二鐵含量太低時，可用硫酸和硫酸鐵的混合液浸出銅；②反萃取后的水層是硫酸銅溶液，Cu²⁺濃度約為50g/L．回答下列問題：
（1）礦石用稀硫酸浸出過程中氧化亞銅發生的反應為：Cu₂O+2H⁺═Cu²⁺+Cu+H₂O；請寫出該過程中發生的另一個氧化還原反應的離子方程式：

Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺

．
（2）萃取劑A是一類稱作為肟類的有機化合物，如N-510、N-530等．某肟類化合物A的分子結構中僅含n₁個-CH₃、n₂個-OH 和n₃個三種基團，無環狀結構，三種基團的數目關系為n₃=

n₁+n₂-2

．若A的相對分子質量為116，分子結構中碳原子跟碳原子相連接，則A的結構簡式是

CH₃-C（=N-OH）-C（=N-OH）-CH₃

．
（3）寫出電解過程中陽極（惰性電極）發生反應的電極反應式：

4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O

．
（4）循環中反萃取劑B的主要成分是

H₂SO₄

．
（5）某銅礦石樣品中，若僅含氧化亞銅、三氧化二鐵和脈石三種物質．取該礦石樣品200.0g，用100mL1.0mol?L^-1H₂SO₄溶液浸取后，還需加入10mL 1.0mol?L^-1 Fe₂（SO₄）₃溶液才能使銅全部浸出，浸取液經充分電解后可得到 6.4gCu．求銅礦石樣品中氧化亞銅和氧化鐵的質量分數？

Answer 1

分析：（1）氧化銅、三氧化二鐵均可以和強酸發生反應生成鹽和水，金屬銅和三價鐵之間發生氧化還原反應；
（2）肟類的有機化合物是具有肟基（C=NOH）的有機化合物；
（3）電解精煉銅，陽極放電離子是OH^-；
（4）反萃取后的水層是硫酸銅溶液，由電解知生成硫酸，所以循環中反萃取劑B是硫酸；
（5）依據反應過程中銅元素守恒計算氧化亞銅含量；依據氧化還原反應的電子守恒計算氧化鐵的質量分數；

解答：解：（1）礦石用稀硫酸浸出過程中氧化亞銅發生的反應為，Cu₂O+2H⁺═Cu²⁺+Cu+H₂O；金屬銅和三價鐵之間發生氧化還原反應；反應的離子方程式為：Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；
故答案為：：Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）-CH₃、-OH是端頭基，  是分子的骨架，一個就需多一個端頭基，加上鏈首尾的兩個端頭基，共需端頭基n₃+2，即n₃+2=n₁+n₂；n₃=n₁+n₂-2； 
依據分析判斷出的取代基，若A的相對分子質量為116，分子結構中碳原子跟碳原子相連接，得到結構簡式為：CH₃-C（=N-OH）-C（=N-OH）-CH₃；
故答案為：n₁+n₂-2；CH₃-C（=N-OH）-C（=N-OH）-CH₃；
（3）電解過程中陽極（惰性電極）放電的是氫氧根離子失電子生成氧氣，發生反應的電極反應式：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；
故答案為：4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O；
（4）反萃取后的水層是硫酸銅溶液，由電解知生成硫酸，所以循環中反萃取劑B是硫酸；
故答案為：H₂SO₄；
（5）取該礦石樣品200.0g，用100mL1.0mol?L^-1H₂SO₄溶液浸取后，還需加入10mL 1.0mol?L^-1 Fe₂（SO₄）₃溶液才能使銅全部浸出，浸取液經充分電解后可得到 6.4gCu；
依據銅元素守恒氧化亞銅中的銅元素最后生成銅，銅Cu物質的量=

6.4g

64g/mol

=0.1mol；氧化亞銅物質的量為0.05mol；質量為0.05mol×144g/mol=7.2g；
Cu₂O%=

7.2g

200g

×100%=3.6%；依據氧化還原反應電子守恒Fe³⁺～Cu⁺～Cu計算得到：n（Fe³⁺）=0.1mol；原樣品中鐵元素物質的量為=0.1mol-0.02mol=0.08mol；
所以Fe₂O₃物質的量為：0.04mol，質量分數=

0.04mol×160g/mol

200g

×100%=3.2%；
故答案為：Cu₂O：3.6%； Fe₂O₃：3.2%；

點評：本題看似考察酸浸法從礦石中提取銅這樣一個復雜的工藝流程，實際上考察了常見金屬及其化合物的性質、電解精煉銅，及對有機物結構的結構分析，題目難度較大．