Question

10．工業(yè)上用某礦渣（含有Cu₂O、Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃、SiO₂）制取銅的操作流程如圖：

已知：Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O
（1）實驗操作Ⅰ的名稱為過濾；在空氣中灼燒固體混合物D時，用到多種硅酸鹽質的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有坩堝（填儀器名稱）．
（2）濾液A中鐵元素的存在形式為Fe²⁺（填離子符號），生成該離子的離子方程式為Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，檢驗濾液A中存在該離子的試劑為硫氰化鉀溶液和新制氯水（填試劑名稱）．
（3）金屬E與固體F發(fā)生的某一反應可用于焊接鋼軌，該反應的化學方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（4）常溫下，等pH的NaAlO₂和NaOH兩份溶液中，由水電離出的c（OH^-）前者為后者的10⁸倍，則兩種溶液的pH=11．
（5）利用電解法進行粗銅精煉時，下列敘述正確的是bc（填代號）．
a．電能全部轉化為化學能
b．粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應
c．精銅作陰極，電解后電解液中Cu²⁺濃度減小
d．粗銅精煉時通過的電量與陰極析出銅的量無確定關系
（6）從濃硫酸、濃硝酸、蒸餾水中選用合適的試劑，測定粗銅樣品中金屬銅的質量分數(shù)，涉及的主要步驟為：稱取一定質量的樣品→將濃硫酸用蒸餾水稀釋，使樣品與足量稀硫酸充分反應→過濾、洗滌、干燥→稱量剩余固體銅的質量．（填缺少的操作步驟，不必描述操作過程的細節(jié)）

Answer 1

分析 Cu₂O與鹽酸反應生成Cu和Cu²⁺，SiO₂與鹽酸不反應，F(xiàn)e₂O₃與鹽酸反應生成Fe³⁺，與Cu反應生成Fe²⁺，固體B為SiO₂和Cu，濾液A中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，加入足量的NaOH溶液，濾液C中含有AlO₂^-，金屬E為Al，固體D為Cu（OH）₂和Fe（OH）₃的混合物，在空氣中灼燒，F(xiàn)為CuO和Fe₂O₃的混合物，粗銅為Cu、Al和Fe的混合物，經過電解可得純銅，以此解答該題．
（1）根據(jù)分離溶液和沉淀選擇操作；根據(jù)灼燒過程所需要用到的儀器分析即可；
（2）Al₂O₃、Fe₂O₃均與鹽酸反應生成對應的陽離子，由于Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，又因為Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故溶液中鐵主要存在Fe²⁺，檢驗二價鐵的方法是取少量樣品加入硫氰化鉀溶液，無明顯現(xiàn)象，再加新制氯水，出現(xiàn)血紅色即可；
（3）根據(jù)鋁熱反應的原理來書寫；
（4）設溶液的PH為X，然后求出由水電離出的c（OH^-），利用由水電離出的c（OH^-）前者為后者的10⁸倍求出X；
（5）a．電能轉化為化學能、熱能；
b．粗銅接電源正極，失去電子，發(fā)生氧化反應；
c．精銅作陰極，電解后電解液中Cu²⁺濃度減��；
d．粗銅精煉時通過的電量與陰極析出銅的量存在關系；
（6）要測定銅的質量分數(shù)，可以把濃硫酸稀釋，銅和稀硫酸不反應，氧化銅和稀硫酸反應，即可求出銅的質量分數(shù)．設計方案的主要步驟是將濃硫酸用蒸餾水稀釋，將樣品與稀硫酸充分反應后，過濾，干燥，稱量剩余固體銅的質量即可．

解答 解：Cu₂O與鹽酸反應生成Cu和Cu²⁺，SiO₂與鹽酸不反應，F(xiàn)e₂O₃與鹽酸反應生成Fe³⁺，與Cu反應生成Fe²⁺，固體B為SiO₂和Cu，濾液A中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，加入足量的NaOH溶液，濾液C中含有AlO₂^-，金屬E為Al，固體D為Cu（OH）₂和Fe（OH）₃的混合物，在空氣中灼燒，F(xiàn)為CuO和Fe₂O₃的混合物，粗銅為Cu、Al和Fe的混合物，經過電解可得純銅．
（1）實驗操作I步驟中分離溶液和沉淀的操作名稱為過濾，在空氣中灼燒固體混合物D時，所用到的儀器有坩堝、泥三角、三角架、酒精燈，玻璃棒，
故答案為：過濾；坩堝；
（2）Al₂O₃、Fe₂O₃均與鹽酸反應生成對應的陽離子，由于Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O，又因為Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，故溶液中鐵主要存在Fe²⁺，檢驗二價鐵的方法是取少量樣品加入硫氰化鉀溶液，無明顯現(xiàn)象，再加新制氯水，出現(xiàn)血紅色即可，
故答案為：Fe²⁺；Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺；硫氰化鉀溶液和新制氯水；
（3）鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應的化學方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（4）設溶液的PH為X，NaAlO₂溶液中由水電離出的c（OH^-）=10^X-14mol/L，NaOH溶液中由水電離出的c（OH^-）=10^-Xmol/L，$\frac{1{0}^{X-14}}{1{0}^{-X}}$=10⁸，解得X=11，
故答案為：11；
（5）①a．電能部分轉化為化學能，故a錯誤；
b．粗銅接電源正極，失去電子，發(fā)生氧化反應，故b正確；
c．精銅作陰極，電解后電解液中Cu²⁺濃度減小，故c正確；
d．粗銅精煉時通過的電量與陰極析出銅的量存在關系：比如電路中通過3.01×10²³個電子，得到精銅的質量為16g，故d錯誤；
故答案為：bc；
（6）要測定銅的質量分數(shù)，可以把濃硫酸稀釋，銅和稀硫酸不反應，氧化銅和稀硫酸反應，即可求出銅的質量分數(shù)．設計方案的主要步驟是將濃硫酸用蒸餾水稀釋，將樣品與稀硫酸充分反應后，過濾，干燥，稱量剩余固體銅的質量即可，
故答案為：將濃硫酸用蒸餾水稀釋，將樣品與稀硫酸充分反應后．

點評 本題以礦渣（含有Cu₂O、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂）提取銅為背景，考查物質的制備以及分離和提純等知識，涉及物質的性質、化學方程式、電解原理等，側重于考查學生綜合運用化學知識的能力，為高考常見題型，難度不大．