Question

高純銅（Cu%=99.99%）廣泛應(yīng)用于電器工業(yè)，某粗銅樣品中含F(xiàn)e．Ni．Ag．Au等雜質(zhì)，用電解法進(jìn)行精煉．
（1）請?jiān)谌鐖D1電解裝置圖中標(biāo)明電極材料和電解質(zhì)溶液

（2）電解完畢后，某興趣小組欲對電解液中的離子進(jìn)行分離，他們通過查閱資料，得知相關(guān)氫氧化物在不同pH下的溶解度曲線（如圖2）．
①結(jié)合圖分析，相同溫度下K_sp[Cu（OH）₂]．K_sp[Ni（OH）₂]．K_sp[Fe（OH）₂]由大到小的順序?yàn)?div id="1sduulr" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
②pH=3時(shí)溶液中銅元素的主要存在形式是：

 

（寫化學(xué)式）
③若要除去CuCl₂溶液中的少量Fe³⁺，應(yīng)該控制溶液的pH為

 

（填字母）
A．＜1              B．2.4～4.5        C．＞6
④在Ni（NO₃）₂溶液中含有少量的Co²⁺雜質(zhì)，

 

（能．不能）通過調(diào)節(jié)溶液pH的方法來除去，理由是

 

⑤乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖3操作步驟，順利完成了溶液中的三種金屬元素的分離．該方案中試劑X為

 

，n=

 

，沉淀b的化學(xué)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）電解精煉時(shí)，粗銅作陽極，純銅作陰極，含有銅離子的溶液作電解質(zhì)溶液；
（2）①根據(jù)形成沉淀時(shí)溶液中氫氧根離子的濃度即PH判斷，PH越小，則Ksp越��；
②根據(jù)圖象判斷銅元素的主要存在形式；
③若要除去CuCl₂溶液中的少量Fe³⁺，應(yīng)該把Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，而銅離子不能沉淀；
④當(dāng)調(diào)節(jié)PH時(shí)，Ni²⁺和Co²⁺都會(huì)轉(zhuǎn)化為沉淀；
⑤先把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在調(diào)節(jié)PH除去，當(dāng)PH=6時(shí)，銅離子完全沉淀，Ni²⁺和Co²⁺不沉淀．

解答： 解：（1）用電解精煉銅時(shí)，粗銅在陽極，陰極為精銅，可用可溶解性銅鹽溶液，如硫酸銅等，電解裝置圖為：；
故答案為：；
（2）①形成沉淀時(shí)溶液中氫氧根離子的濃度越小，即PH越小時(shí)，Ksp越小，由圖可知，相同溫度下K_sp[Cu（OH）₂]、K_sp[Ni（OH）₂]、K_sp[Fe（OH）₂]由大到小的順序?yàn)椋篕_sp[Fe （OH）₂]＞K_sp[Ni（OH）₂]＞K_sp[Cu（OH）₂]；
故答案為：K_sp[Fe （OH）₂]＞K_sp[Ni（OH）₂]＞K_sp[Cu（OH）₂]；
②Cu²⁺在pH=4.5左右很易溶解，顯然pH=3時(shí)溶液中銅元素的主要存在形式是Cu²⁺，
故答案為：Cu²⁺；
③由圖可知Fe³⁺在pH=2.5左右沉淀完全，Cu²⁺在pH=4.5左右很易溶解，要除去CuC1₂溶液中的少量Fe³⁺，應(yīng)控制溶液的pH在2.5～4.5較合適，故選B；故答案為：B；
④Ni²⁺和Co²⁺幾乎有相同的S-pH圖，當(dāng)調(diào)節(jié)PH時(shí)，二者會(huì)同時(shí)轉(zhuǎn)化為沉淀，因此不能通過調(diào)節(jié)溶液pH的方法來除去Ni（ NO₃）₂溶液中含有少量的Co²⁺雜質(zhì)；
故答案為：因Ni²⁺和Co²⁺幾乎有相同的S-pH圖，因此不能通過調(diào)節(jié)溶液pH的方法來除去Ni（ NO₃）₂溶液中含有少量的Co²⁺雜質(zhì)；
⑤為了不引入新雜質(zhì)，先加入氧化劑把Fe²⁺氧化成Fe³⁺時(shí)，可采用H₂O₂或Cl₂等氧化劑；由氫氧化物的溶解度與pH關(guān)系圖，n=2.7～4.5的合理范圍時(shí)Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，而其他金屬離子不沉淀；當(dāng)PH=6時(shí)，銅離子完全沉淀，Ni²⁺和Co²⁺不沉淀，所以最后得到沉淀b的化學(xué)式為Cu（OH）₂；
故答案為：H₂O₂；2.7～4.5；Cu（OH）₂．

點(diǎn)評：本題考查了電解原理的應(yīng)用、沉淀的生成及離子的分離提純，題目涉及的內(nèi)容較多，題目難度中等，注意對難溶氫氧化物的S-pH圖的分析應(yīng)用是解題的關(guān)鍵．