Question

2．為了充分利用銅資源，某工廠擬用黃銅灰（含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂等）制取金屬銅并得副產(chǎn)物鋅鹽，其生產(chǎn)流程如下：

（1）濾渣1的主要成分為Cu和SiO₂．稀硫酸溶解黃銅灰過(guò)程中，可能發(fā)生多個(gè)氧化還原反應(yīng)，其中沒有Zn參加的反應(yīng)的離子方程式是2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺或Fe₂O₃+6H⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺+3H₂O．
（2）濾渣1及濾渣2用濃硫酸浸取可能產(chǎn)生的有毒氣體是SO₂，實(shí)驗(yàn)室通常用NaOH溶液吸收．
（3）稀硫酸通過(guò)濃硫酸稀釋得到，稀釋濃硫酸的正確操作方法是將濃硫酸沿著燒杯內(nèi)壁緩緩加入蒸餾水中，同時(shí)不斷地用玻璃棒攪拌．  過(guò)濾操作所需玻璃儀器除玻璃棒外還有燒杯、漏斗．
（4）用惰性電極電解濾液4可制取金屬銅，若制得金屬銅12.8g，則同時(shí)陽(yáng)極得到L氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 黃銅灰（含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂等），加入過(guò)量稀硫酸溶解Zn、CuO、ZnO、FeO、Fe₂O₃溶解，Cu、SiO₂ 不能溶解，過(guò)濾得到濾渣Ⅰ為Cu、SiO₂ ，濾液為硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鐵，其中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的有鋅和硫酸發(fā)生的反應(yīng)，硫酸鐵和銅發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，濾液Ⅰ加入鋅粉還原銅離子和鐵離子，亞鐵離子，過(guò)濾得到濾液主要；硫酸鋅溶液，濃縮冷卻結(jié)晶得到硫酸鋅晶體，濾渣2為鐵和銅，濾渣1和濾渣2合并加入濃硫酸加熱過(guò)濾得到濾渣3為二氧化硅，濾液3為硫酸銅、硫酸鐵溶液，加入稀硫酸、過(guò)氧化氫氧化可能存在的亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀過(guò)濾得到硫酸銅溶液和濾渣4為氫氧化鐵沉淀，濾液4為硫酸銅溶液通過(guò)還原反應(yīng)得到銅，
（1）上述分析可知濾渣1為二氧化硅和銅，稀硫酸溶解黃銅灰過(guò)程中，可能發(fā)生多個(gè)氧化還原反應(yīng)，其中沒有Zn參加的反應(yīng)可能是鐵離子和鋅發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）濾渣1及濾渣2中的銅和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)，用濃硫酸浸取會(huì)生成二氧化硫氣體，二氧化硫是有毒氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收；
（3）濃硫酸溶于水會(huì)放熱，密度比水大，稀釋時(shí)需要把濃硫酸滴入水中且不斷攪拌，過(guò)濾操作是分離固體和液體的基本操作，依據(jù)過(guò)程和裝置所需要的儀器；
（4）依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算得到陽(yáng)極生成的氣體體積．

解答 解：黃銅灰（含有Cu、Zn、CuO、ZnO及少量的FeO、Fe₂O₃、SiO₂等），加入過(guò)量稀硫酸溶解Zn、CuO、ZnO、FeO、Fe₂O₃溶解，Cu、SiO₂ 不能溶解，過(guò)濾得到濾渣Ⅰ為Cu、SiO₂ ，濾液為硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鐵，其中發(fā)生氧化還原反應(yīng)的有鋅和硫酸發(fā)生的反應(yīng)，硫酸鐵和銅發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，濾液Ⅰ加入鋅粉還原銅離子和鐵離子，亞鐵離子，過(guò)濾得到濾液主要；硫酸鋅溶液，濃縮冷卻結(jié)晶得到硫酸鋅晶體，濾渣2為鐵和銅，濾渣1和濾渣2合并加入濃硫酸加熱過(guò)濾得到濾渣3為二氧化硅，濾液3為硫酸銅、硫酸鐵溶液，加入稀硫酸、過(guò)氧化氫氧化可能存在的亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀過(guò)濾得到硫酸銅溶液和濾渣4為氫氧化鐵沉淀，濾液4為硫酸銅溶液通過(guò)還原反應(yīng)得到銅，
（1）上述分析可知濾渣1為Cu和SiO₂，稀硫酸溶解黃銅灰過(guò)程中，可能發(fā)生多個(gè)氧化還原反應(yīng)，其中沒有Zn參加的反應(yīng)可能是鐵離子和鋅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺或Fe₂O₃+6H⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺+3H₂O，
故答案為：Cu和SiO₂；2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺或Fe₂O₃+6H⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺+3H₂O；
（2）濾渣1及濾渣2中的銅和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)，用濃硫酸浸取，濃硫酸被還原為二氧化硫氣體，二氧化硫是有毒氣體不能排放到空氣中，需要用氫氧化鈉溶液吸收，
故答案為：SO₂；NaOH；
（3）濃硫酸溶于水會(huì)放熱，密度比水大，稀釋時(shí)需要把濃硫酸滴入水中且不斷攪拌，稀釋濃硫酸的步驟為：將濃硫酸沿著燒杯內(nèi)壁緩緩加入蒸餾水中，同時(shí)不斷地用玻璃棒攪拌，過(guò)濾操作是分離固體和液體的基本操作，依據(jù)過(guò)程和裝置所需要的玻璃儀器為玻璃棒、燒杯、漏斗，
故答案為：將濃硫酸沿著燒杯內(nèi)壁緩緩加入蒸餾水中，同時(shí)不斷地用玻璃棒攪拌，玻璃棒、燒杯；
（4）用惰性電極電解濾液4可制取金屬銅，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，若制得金屬銅12.8g，物質(zhì)的量=$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol，電子轉(zhuǎn)移0.4mol，陽(yáng)極電極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，得到氧氣物質(zhì)的量為0.1mol，則陽(yáng)極得到氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L，
故答案為：2.24．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離提純方法和過(guò)程分析判斷，主要是物質(zhì)性質(zhì)和除雜試劑的理解應(yīng)用，注意分析流程變化和試劑量的多少，掌握實(shí)驗(yàn)基本操作和物質(zhì)性質(zhì)是關(guān)鍵，題目難度中等．