Question

【題目】某小組以黃銅礦(主要成分為 CuFeS2，含少量SiO2等雜質)為原料制備銅化工產品CuAlO2的一種工藝如下：

已知①過濾1所得濾液中含金屬離子有：Cu2+、Fe2+和Fe3+，濾渣1的主要成分是SiO2和S；

②Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O。

(1)從產品純度、環(huán)保操作方便等角度考慮，試劑A、B的最佳組合是__________(填代號)

	a	b	c	d
A	HNO3	NaClO	H2O2 (酸化)	H2O2 (酸化)
B	Cu(OH)2	NaOH	氨水	Cu(OH)2 CO3

(2)銨明礬的化學式為NH4Al(SO4)2·12H2O，它為制備銅的化工產品提供鋁源。銨明礬溶液中NH4+、A13+、H+、OH-、SO42－濃度大小排序為_______________。

(3)過濾3得到A1(OH)3和Cu(OH)2，寫出“灼燒”發(fā)生化學反應的方程式：_________________。

(4)單位時間內“浸取”Cu2+的百分率(稱為浸出率)與溶液濃度、溫度關系如下圖所示。

在20℃時，1L溶液中有效碰撞總次數：x_________y(填“>”“<”或“=”)。相同濃度下，溫度高于30℃，“浸出率”降低的主要原因是_________________。

(5)以銅、石墨為電極，電解“過濾1”所得溶液制備銅，銅的質量與通電時間關系如上圖所示。寫出OA段陰極的反應方程式：___________________________。

(6)常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。加入試劑B調節(jié)pH=3時c(Fe3+)=_________mol/L

Answer 1

【答案】d c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-) 4Al(OH)3+4Cu(OH)24CuAlO2+10H2O↑+O2↑ < 相同濃度、溫度過高，Fe3+水解程度增大，Fe3+濃度減小 Fe3++e-=Fe2+ 4×10-5

【解析】

黃銅礦(主要成分為CuFeS2)用FeCl3溶液氧化產生CuCl2、FeCl2、S單質，向溶解后的溶液中加入CuCl2、FeCl2、FeCl3氧化劑，可以將FeCl2氧化為FeCl3，然后加入一種物質既可以提高溶液的pH使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，又不引入雜質離子，然后向含有CuCl2溶液在加入銨明礬、NaOH，Al(OH)3、Cu(OH)2及Na2SO4、NaCl，然后將Al(OH)3、Cu(OH)2的混合物加熱發(fā)生反應產生CuAlO2、H2O、O2，據此分析解答。

(1)A.HNO3還原產物是NO2、NO等大氣污染物，不環(huán)保，A錯誤；

B.NaOH反應會引入雜質離子Na+，而且制取成本高，B錯誤；

C.氨水反應會產生氨氣，導致大氣污染，而且反應后溶液中含有雜質NH4+，C錯誤；

D. H2O2還原產物是H2O，Cu(OH)2CO3與溶液中的H+反應，不僅可提高溶液的pH，而且不會產生雜質離子，符合題目要求，D正確；

故合理選項是D；

(2) NH4Al(SO4)2·12H2O溶于水發(fā)生電離：NH4Al(SO4)2·12H2O=NH4++Al3++2SO42-+12H2O，可見c(SO42-)最大；在溶液中NH4+、Al3+發(fā)生水解反應而消耗，水解使溶液顯酸性，所以c(H+)>c(OH-)，由于Al(OH)3是兩性氫氧化物，NH3H2O是堿，說明堿性：NH3H2O>Al(OH)3，根據鹽的水解規(guī)律：堿越弱，堿電離產生的離子水解程度就越大，所以等濃度的NH4+和Al3+的水解程度：Al3+> NH4+，水解程度越大，溶液中離子濃度就越小，所以c(NH4+)>c(Al3+)，鹽水解程度總的來說是微弱的，鹽電離產生的離子濃度遠大于水電離產生的離子濃度，所以c(Al3+)>c(H+)，故溶液中離子濃度大小關系為：c(SO42-)>c(NH4+)>c(Al3+)>c(H+)>c(OH-)；

(3)過濾3得到A1(OH)3和Cu(OH)2，在“灼燒”時發(fā)生化學反應，根據電子守恒、原子守恒，可得該反應的方程式為：4Al(OH)3+4Cu(OH)24CuAlO2+10H2O↑+O2↑；

(4)在20℃時，1L溶液中有效碰撞總次數，物質的浸出率越高，溶液中離子濃度就越大，離子之間碰撞次數就越大，根據圖象可知浸取率x<y，所以有效碰撞總次數x<y；在相同濃度下，當溫度高于30℃，“浸出率”反而降低，主要原因是相同濃度、溫度過高，Fe3+水解程度增大，Fe3+濃度減小；

(5)以銅、石墨為電極，電解“過濾1”所得溶液制備銅，Cu作陰極，連接電源的負極。“過濾1”所得溶液中含有CuCl2、FeCl2、FeCl3，由于電解后氧化性：FeCl3>CuCl2>FeCl2，所以在電解的初期，OA段陰極的電極反應式：Fe3++e-=Fe2+；當溶液中Fe3+反應完全后，發(fā)生反應：Cu2++2e-=Cu，所以陰極上Cu的質量增加，當溶液中Cu2+反應完全后，溶液中H+獲得電子變?yōu)?/span>H2，因此陰極產生的Cu質量不再發(fā)生變化；

(6)常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。加入試劑B調節(jié)pH=3時，c(H+)=10-3mol/L，則c(OH-)=10-14÷10-3=10-11mol/L，由于c(Fe3+)c3(OH-)= Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，c(Fe3+)=4.0×10-38÷10-33=4.0×10-5mol/L。