问题 填空题

以黄铜矿精矿为原料,制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示:

Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。

Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验

将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区,恒速搅拌,使矿粉溶解。在阴极区通入氧气,并加入少量催化剂。

Ⅲ.一段时间后,抽取阴极区溶液,向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应:2RH(有机相)+Cu2(水相) R2Cu(有机相)+2H(水相)

分离出有机相,向其中加入一定浓度的硫酸,使Cu2得以再生。

Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。

(1)黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应:

CuFeS2+4H=Cu2+Fe2+2H2S

2Fe3+H2S=2Fe2+S↓+2H

①阳极区硫酸铁的主要作用是____________。

②电解过程中,阳极区Fe3的浓度基本保持不变,原因是______________________。

(2)阴极区,电极上开始时有大量气泡产生,后有固体析出,一段时间后固体溶解。写出上述现象对应的反应式____________________。

(3)若在实验室进行步骤Ⅲ,分离有机相和水相的主要实验仪器是__________;加入有机萃取剂的目的是__________。

(4)步骤Ⅲ,向有机相中加入一定浓度的硫酸,Cu2得以再生的原理是____________。

(5)步骤Ⅳ,若电解200 mL 0.5 mol·L-1的CuSO4溶液,生成铜3.2 g,此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是__________。

答案

(1)①吸收硫化氢气体,防止环境污染

②Fe2-e=Fe3

(2)2H+2e=H2↑、Cu2+2e=Cu、2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O

(3)分液漏斗 富集Cu2、分离Cu2与其它金属阳离子

(4)增大H浓度,使平衡2RH(有机相)+Cu2(水相)R2Cu(有机相)+2H(水相)逆向移动,Cu2进入水相得以再生

(5)c(H)>c(SO42-)>c(Cu2)>c(OH)

(1)根据2Fe3+H2S=2Fe2+S↓+2H,可判断Fe2(SO4)3的主要作用是氧化H2S气体,防止H2S对环境的污染,当Fe3被H2S还原为Fe2后,在阳极上Fe2-e=Fe3,使Fe3的浓度基本保持不变。

(2)在阴极上,2H+2e=H2↑,然后Cu2+2e=Cu,接着在酸性条件下,Cu被O2氧化成CuO,CuO和H2SO4反应生成CuSO4

(3)有机相和水相不混溶,所以应用分液漏斗分离,由于Cu2在有机相中,所以加入有机萃取剂可富集Cu2

(4)利用化学平衡移动原理解释。

(5)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2

0.05 mol  0.05 mol

所以n(H)=0.1 mol

由于Cu2的水解,所以n(Cu2)<0.05 mol,n(H)>0.1 mol。

所以c(H)>c(SO42-)>c(Cu2)>c(OH)。

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