题目

题型：不详难度：来源：

（15分）硫酸铜在化工和农业方面有很广泛的用处，某化学兴趣小组查阅资料，用两种不同的原料制取硫酸铜。
方式一：一种含铜的矿石（硅孔雀石矿粉），含铜形态为CuCO₃·Cu(OH)₂和CuSiO₃·2H₂O（含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质）。以这种矿石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下图：

请回答下列问题：
⑴完成步骤①中稀硫酸与CuSiO₃·2H₂O发生反应的化学方程式
CuSiO₃·2H₂O+H₂SO₄=CuSO₄ +________+H₂O；
⑵步骤②调节溶液pH选用的最佳试剂是__________________
A. CuO            B. MgO       C. FeCO₃              D NH₃·H₂O
⑶有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氢氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀的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：当溶液pH=4时，不能完全除去的离子是________。
⑷滤液B通过蒸发浓缩（设体积浓缩为原来的一半）、冷却结晶可以得到CuSO₄·5H₂O晶体。某同学认为上述操作会伴有硫酸铝晶体的析出。请你结合相关数据对该同学的观点予以评价（已知常温下，Al₂(SO₄)₃ 饱和溶液中C(Al³⁺)=2.25mol·L^-1，K_sp[Al(OH)₃]=3.2×10^-34) ________（填“正确”或“错误”）。
方式二：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。
（5）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^＋
电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，原因是____________________（用电极反应式表示）。
（6）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_____________ 。
（7）步骤Ⅳ，若电解0.1mol 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

（15分）（1）H₄SiO₄（2分） 
（2）A （2分）   
（3）Al³⁺（2分）
（4）错误（3分）
（5）Fe²⁺- e^－=Fe³⁺（2分）
（6）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 （2分）
（7） c(H⁺)>c(SO₄^2-)>c(Cu²⁺)>c(OH^-)（2分）

解析

试题分析：（1）根据质量守恒定律，空白处的物质是H₄SiO₄；
（2）步骤②调节溶液pH的目的是除去铁离子等杂质，所以调节pH不能引入新的杂质，所以答案选A；（3）pH=4时铁离子完全沉淀，但Al³⁺完全沉淀的pH=5.2，所以当溶液pH=4时，不能完全除去的离子 是 Al³⁺；
（4））PH=4时，溶液中的氢氧根离子的浓度为：1×10^-10mol/L，此时氢氧化铝已沉淀，则溶液中铝离子浓为：3.2×10^-34/(1×10^-10)³=3.2×10^-4mol/L，浓缩后c（Al³⁺）=6.4×10^-4mol/L＜＜2.25mol/L，所以不会有硫酸铝晶体析出，所以该同学的观点错误；
（5）阳极发生氧化反应，黄铜矿粉与硫酸及硫酸铁反应生成的亚铁离子被氧化生成铁离子，导致阳极区的铁离子的浓度基本不变，电极反应式为Fe²⁺- e^－=Fe³⁺；
（6）步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，使水相中的氢离子浓度增大，平衡逆向移动，Cu²⁺进入水相得以再生；
（7）电解0.1mol CuSO₄溶液，生成铜3.2 g，转移电子0.1mol，阳极氢氧根离子放电，生成0.025mol氧气的同时，使溶液中的氢离子增加0.1mol，则溶液中仍存在0.05mol Cu²⁺，SO₄^2-的物质的量不变，仍是0.1mol，所以此时溶液中离子浓度的大小关系为c(H⁺)>c(SO₄^2-)>c(Cu²⁺)>c(OH^-)。