Question

12．銅及其化合物在工業(yè)上有許多用途．回答下列問題：
（1）某工廠以輝銅礦（主要成分為Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)）為原料制備不溶于水的堿式碳酸銅的流程如下：


①浸取反應(yīng)中氧化劑的化學(xué)式為MnO₂；濾渣Ⅰ的成分為MnO₂、S和SiO₂（寫化學(xué)式）
②“除鐵”這一步反應(yīng)在25℃進(jìn)行，加入試劑A調(diào)節(jié)溶液PH為4后，溶液中銅離子最大濃度不超過2.2 mol/L．（已知K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）
③“沉錳”（除Mn²⁺）過程中反應(yīng)的離子方程式Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O．
④濾液Ⅱ經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶得到的鹽主要是（NH₄）₂SO₄  （寫化學(xué)式）．
（2）某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)用電化學(xué)原理模擬濕法煉銅，進(jìn)行了一系列探究活動(dòng)．
①如圖1為某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的原電池裝置，鹽橋內(nèi)裝載的是足量用飽和氯化鉀溶液浸泡的瓊脂，反應(yīng)前，電極質(zhì)量相等，一段時(shí)間后，兩電極質(zhì)量相差6.00g，則導(dǎo)線中通過了0.1mol電子，若不考慮甲、乙兩池電解質(zhì)溶液中的離子向鹽橋中移動(dòng)，則甲、乙兩池電解質(zhì)溶液的總質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)開始前的電解質(zhì)溶液的總質(zhì)量相差5.65gg

②其他條件不變，若將鹽橋換成光亮的U形彎銅絲浸入甲池與乙池，如圖2所示，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與先前一樣，但偏轉(zhuǎn)角度明顯減小．一段時(shí)間后，乙池石墨棒浸入液面以下部分也析出了一層紫紅色固體，則甲池銅絲附近溶液的pH增大（填“減小”、“增大”或“不變”），用電極反應(yīng)式表示pH變化O₂+2H₂O+4e=4OH^-；
乙池中石墨為陰極（填“正”、“負(fù)”、“陰”或“陽(yáng)”）

Answer 1

分析 輝銅礦主要成分為Cu₂S，含少量Fe₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入稀硫酸和二氧化錳浸取，過濾得到濾渣為MnO₂、SiO₂、單質(zhì)S，濾液中含有Fe³⁺、Mn²⁺、Cu²⁺，調(diào)節(jié)溶液PH除去鐵離子，加入碳酸氫銨溶液沉淀錳過濾得到濾液趕出氨氣循環(huán)使用，得到堿式碳酸銅，
（1）①由濾渣1的成份可知反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O，根據(jù)方程式判斷；
②根據(jù)K_sp=c（Cu²⁺）•[c（OH^-）]²=2×10^-20，根據(jù)OH^-離子的濃度計(jì)算Cu²⁺離子的濃度；
③“沉錳”（除Mn²⁺）過程中，加入碳酸氫銨和氨氣，生成碳酸錳沉淀，以此可書寫反應(yīng)的離子方程式；
④濾液Ⅱ主要是硫酸銨溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到硫酸銨晶體；
（2）①圖2為原電池反應(yīng)，F(xiàn)e為負(fù)極，發(fā)生反應(yīng)：Fe-2e^-=Fe^2-，石墨為正極，發(fā)生反應(yīng)Cu²⁺+2e^-=Cu；根據(jù)甲乙兩池得失電子相等計(jì)算甲、乙兩池電解質(zhì)溶液的總質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)開始前的電解質(zhì)溶液的總質(zhì)量差；
②根據(jù)條件不變，若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池．

解答 解：（1）①由濾渣1的成份可知反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2MnO₂+Cu₂S+4H₂SO₄=S↓+2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O，反應(yīng)中Mn元素化合價(jià)降低，被還原，MnO₂為氧化劑，因二氧化硅與酸不反應(yīng)，則濾渣Ⅰ的成分為MnO₂、S和SiO₂，
故答案為：MnO₂；SiO₂；
②溶液pH=4，c（OH^-）=10^-10mol/L，則稀釋后的溶液中銅離子濃度最大不能超過：$\frac{2.2×1{0}^{-20}}{（1{0}^{-10}）^{2}}$mol/L=2.2 mol/L，
故答案為：2.2；
③“沉錳”（除Mn²⁺）過程中，加入碳酸氫銨和氨氣，生成碳酸錳沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O，
故答案為：Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O；
④濾液Ⅱ主要是硫酸銨溶液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到硫酸銨晶體，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（2）①圖2為原電池反應(yīng)，F(xiàn)e為負(fù)極，發(fā)生：Fe-2e^-=Fe^2-，石墨為正極，發(fā)生Cu²⁺+2e^-=Cu，總反應(yīng)式為Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu，一段時(shí)間后，兩電極質(zhì)量相差6g，
則        Fe+Cu²⁺═Fe²⁺+Cu       兩極質(zhì)量差△m      轉(zhuǎn)移電子
          56g          64g              56g+64g=120g        2mol
                                                 6g                  n
則：n=0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.1mol；
甲池中溶解鐵成為亞鐵離子共0.05mol質(zhì)量為2.8克的同時(shí)，鹽橋中的氯離子會(huì)進(jìn)入電解質(zhì)溶液，根據(jù)電荷守恒氯離子進(jìn)入溶液為0.1摩爾，質(zhì)量為3.55克．同樣乙池中析出銅0.05摩爾，質(zhì)量減少3.2克的同時(shí)，會(huì)有0.1摩爾的鉀離子進(jìn)入溶液，其質(zhì)量為3.9克，甲池增加的質(zhì)量為2.8g+3.55 g=6.35g，乙池增加的質(zhì)量為3.9-3.2=0.7 g
總質(zhì)量差值=6.35-0.7=5.65 g，
故答案為：0.1；5.65；
②其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n型，則乙裝置是電解池，甲裝置是原電池，F(xiàn)e是負(fù)極，發(fā)生：Fe-2e^-=Fe^2-，Cu絲是正極，正極發(fā)生 O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，呈堿性，則甲池銅絲附近溶液的pH增大，乙池中與銅線相連石墨電極是陽(yáng)極，該極上發(fā)生的反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，與鐵絲相連石墨電極是陰極，發(fā)生反應(yīng)：Cu²⁺+2e^-=Cu，
故答案為：增大；O₂+2H₂O+4e=4OH^-；陰．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備和原電池原理，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純、原電池有關(guān)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理、物質(zhì)性質(zhì)差異性、基本理論是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是判斷（1）流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及分離提純方法，題目難度中等．