题目

题型：不详难度：来源：

（15分）银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

（注：Al(OH)₃和Cu(OH)₂开始分解的温度分别为450℃和80℃）
（1）电解精炼银时，阴极反应式为            ；滤渣A与稀HNO₃反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为                      。
（2）固体混合物B的组成为       ；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为                。
（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式： CuO+  Al₂O₃  CuAlO₂ +  ↑。
（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为    mol CuAlO₂，至少需要1.0mol•L^—1的Al₂(SO₄)₃溶液       L。
（5）CuSO₄溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是          、过滤、洗涤和干燥。

答案

（1）Ag⁺+e^－==Ag（1分）    2NO+O₂==2NO₂（2分）
（2）CuO和Al(OH)₃（2分）    Al(OH)₃+OH^－==AlO₂^－+2H₂O或Al(OH)₃+OH^－==[Al(OH)₄]^－（2分）
（3）4 CuO+2 Al₂O₃4 CuAlO₂ +O₂↑（2分）
（4）50（2分）    25（2分）
（5）蒸发浓缩、冷却结晶（2分）

解析

（1）电解精炼铜时，纯铜作阴极，粗铜作阳极，硫酸铜溶液作电解液，电解精炼银与此类似，则纯银作阴极，粗银作阳极，硝酸银溶液作电解液，阳极主要反应式为Ag—e^－==Ag⁺，阴极反应式为Ag⁺+e^－==Ag；银是金属活动顺序表中氢后金属，不溶于稀硫酸，因为稀硫酸是非氧化性酸，则滤渣A的主要成分是Ag，稀硝酸是氧化性酸，能溶解银、产生无色气体，即3Ag+4HNO₃(稀)===3AgNO₃+NO↑+2H₂O，无色的一氧化氮气体在空气迅速被氧化为红棕色的二氧化氮气体，即2NO+O₂==2NO₂；（2）CuAlO₂中氧为—2价，铝为+3价，则铜为+1价，因此其化学式也可以写为Cu₂O•Al₂O₃，相当于氧化亚铜和氧化铝按物质的量之比为1∶1熔合在一起，由此逆推，固体B的主要成分是物质的量之比为1∶1的Al(OH)₃和CuO，因为Cu(OH)₂开始分解的温度为80℃，水的沸点大于80℃，则煮沸前后发生的反应为Al³⁺+3OH^－==Al(OH)₃↓、Cu²⁺+2OH^－==Cu(OH)₂↓、Cu(OH)₂CuO+H₂O，由于Al(OH)₃开始分解的温度为450℃，在惰性气体中煅烧时发生的反应为2Al(OH)₃ Al₂O₃+3H₂O、4CuO 2Cu₂O+O₂↑；氢氧化铝是两性氢氧化物，NaOH是强碱，若强碱溶液过量，则过量的NaOH能溶解部分或全部氢氧化铝，其离子方程式为Al(OH)₃+OH^－==AlO₂^－+2H₂O或Al(OH)₃+OH^－==[Al(OH)₄]^－，这将导致目标产物产量的减少；（3）根据氧化还原反应的特征推断，铜元素由+2价降为+1价，铝元素化合价不变，由此推断反应前后升价元素一定是氧，且化合价由—2价升为相邻的0价，即缺少的生成物为氧气；根据化合价升降法配平可得：4CuO+2Al₂O₃4CuAlO₂+O₂↑（或者根据设1法配平，先设反应物中氧化铝的系数为1，根据铝守恒可得生成物CuAlO₂的系数为2，根据铜守恒可得反应物CuO的系数为2，根据氧守恒可得氧气的系数为1/2，即2CuO+1Al₂O₃2CuAlO₂+1/2O₂↑，系数加倍后即可得到4CuO+2Al₂O₃4CuAlO₂+O₂↑）；（4）5.0kg=5.0×10³g，银铜合金废料中铜的质量为5.0×10³g×63.5%，铜元素的相对原子质量为63.5，由m/M=n可求铜的物质的量为5.0×10³g×63.5%÷63.5g/mol=50mol，根据铜守恒可得转化关系式：Cu～CuAlO₂，其中CuAlO₂与Cu的物质的量之比等于系数之比，则铜完全转化可以变为50mol CuAlO₂；根据铝守恒可得转化关系式：Al₂(SO₄)₃～2CuAlO₂，其中Al₂(SO₄)₃与CuAlO₂的物质的量之比等于系数之比，则至少需要25mol Al₂(SO₄)₃；由V=n/c可求至少需要硫酸铝溶液的体积为25mol÷1.0mol/L=25L；（5）胆矾的化学式为CuSO₄•5H₂O，是硫酸铜溶液结晶析出的结晶水化合物，根据混合物分离和提纯的方法推断，从硫酸铜溶液中得到胆矾的基本操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。
本题以从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺为背景，结合给出的工艺流程图进行设问，主要考查了考生对常见金属、非金属元素及其化合物的主要性质的掌握，对常见化学方程式和离子方程式的书写，对电解池的组成和电解过程的理解，以及对工艺流程图的解读和所提供数据的应用等，并以此达到考查考生应用基础知识解决化学问题的能力；通过设计的工艺流程图设问，着重考查考生对Ag、Cu、Al、N等元素的相关化合物性质的掌握程度；考查考生对物质的量、摩尔质量、质量、物质的量浓度等概念的了解；考查考生对质量守恒定律的了解；考查考生根据物质的量、质量、物质的量浓度之间的相互关系进行有关计算的能力；考查考生对蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等基本实验操作的掌握。