Question

硫酸銅在化工和農(nóng)業(yè)方面有很廣泛的用處，某化學(xué)興趣小組查閱資料，用兩種不同的原料制取硫酸銅。

方式一：一種含銅的礦石（硅孔雀石礦粉），含銅形態(tài)為CuCO3·Cu(OH)2和CuSiO3·2H2O（含有SiO2、FeCO3、Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì)）。以這種礦石為原料制取硫酸銅的工藝流程如下圖：

請回答下列問題：

⑴完成步驟①中稀硫酸與CuSiO3·2H2O發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4 +________+H2O；

⑵步驟②調(diào)節(jié)溶液pH選用的最佳試劑是__________________

A.  CuO             B. MgO       C. FeCO3               D NH3·H2O

⑶有關(guān)氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氫氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
開始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知：當(dāng)溶液pH=4時，不能完全除去的離子是________。

⑷濾液B通過蒸發(fā)濃縮（設(shè)體積濃縮為原來的一半）、冷卻結(jié)晶可以得到CuSO4·5H2O晶體。某同學(xué)認(rèn)為上述操作會伴有硫酸鋁晶體的析出。請你結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)對該同學(xué)的觀點(diǎn)予以評價（已知常溫下，Al2(SO4)3飽和溶液中C(Al3+)=2.25mol·L-1，Ksp[Al(OH)3]=3.2×10-34) ________（填“正確”或“錯誤”）。

方式二：以黃銅礦精礦為原料，制取硫酸銅及金屬銅的工藝如下所示：

Ⅰ.將黃銅礦精礦（主要成分為CuFeS2，含有少量CaO、MgO、Al2O3）粉碎

Ⅱ.采用如下裝置進(jìn)行電化學(xué)浸出實(shí)驗(yàn)，將精選黃銅礦粉加入電解槽陽極區(qū)，恒速攪拌，使礦粉溶解。在陰極區(qū)通入氧氣，并加入少量催化劑。[]

Ⅲ.一段時間后，抽取陰極區(qū)溶液，向其中加入有機(jī)萃取劑（RH）發(fā)生反應(yīng)：

2RH（有機(jī)相）+ Cu2+（水相）R2Cu

（有機(jī)相）+ 2H＋（水相）

分離出有機(jī)相，向其中加入一定濃度的硫酸，使Cu2+得以再生。

Ⅳ.電解硫酸銅溶液制得金屬銅。

（5）黃銅礦粉加入陽極區(qū)與硫酸及硫酸鐵主要發(fā)生以下反應(yīng)：

CuFeS2 + 4H＋ = Cu2+ + Fe2+ + 2H2S    2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓+ 2H＋

電解過程中，陽極區(qū)Fe3+的濃度基本保持不變，原因是____________________（用電極反應(yīng)式表示）。

（6）步驟Ⅲ，向有機(jī)相中加入一定濃度的硫酸，Cu2+得以再生的原理是_____________ 。

（7）步驟Ⅳ，若電解0.1mol CuSO4溶液，生成銅3.2 g，此時溶液中離子濃度由大到小的順序是 ____ 。

Answer 1

【知識點(diǎn)】制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)、物質(zhì)的檢驗(yàn)和鑒別的基本方法選擇及應(yīng)用

【答案解析】（1）H4SiO4 （2分） （2）A （2分）  （3）Al3+ （2分）（4）錯誤（3分）

（5）Fe2+-e-=Fe3+ （2分） （6）增大H+濃度，使平衡2RH（有機(jī)相）+ Cu2+（水相）R2Cu

（有機(jī)相）+ 2H＋（水相）逆向移動，Cu2+進(jìn)入水相得以再生；（2分）

（7）C(H+)>C(SO42-)>C(Cu2+)>C(OH-)  (2分）

 解析：（1）利用質(zhì)量守恒定律，可以判斷未知物是硅酸，利用觀察法配平反應(yīng)方程式為：

CuSiO3·2H2O+H2SO4=CuSO4 +H4SiO4+H2O；（2）由于濾液A顯示酸性，加入的試劑能夠中和

溶液中的氫離子，還不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，所以應(yīng)該選用B氧化銅，故選A；（3）有表中數(shù)據(jù)可

知，pH=4時，三價鐵離子完全生成了氫氧化鐵沉淀，而鋁離子完全沉淀需要的PH是5.2，所

以鋁離子沒有完全沉淀；（4）PH=4時，溶液中的氫氧根離子的濃度為：1×10-10mol/L，溶

液中鋁離子濃度為3.2×10-34÷（1×10-10)3=3.2×10-4mol/L，濃縮后c（Al3+）=6.4×10-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不會有硫酸鋁晶體析出；（5）電解過程中，陽極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng)，

有Fe2+-e-=Fe3+，所以Fe3+的濃度基本保持不變；（6）向有機(jī)相中加入一定濃度的硫酸，增大

H+濃度，使平衡2RH（有機(jī)相）+Cu2+（水相）⇌R2Cu（有機(jī)相）+2H+（水相）逆向移動，

Cu2+進(jìn)入水相得以再生；（7）電解CuSO4溶液，發(fā)生反應(yīng)2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑，

CuSO4溶液中n（CuSO4）=0.1mol，生成銅3.2g，物質(zhì)的量為0.05mol，故生成H2SO40.05mol，

溶液中CuSO4為0.1mol-0.05mol=0.05mol，電解后的溶液為CuSO4、H2SO4混合溶液，溶液呈

酸性，溶液中銅離子水解、水發(fā)生電離，故n（H+）＞0.05mol×2=0.1mol，n（SO42-）=0.1mol，

n（Cu2+）＜0.05mol，溶液中氫氧根濃度很小，故c（H+）＞c（SO42-）＞c（Cu2+）＞c（OH-）；