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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200mL0.5 mol/L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       。

参考解答

413***123

2025-04-02 13:33:33



(16分) （1）①吸收硫化氢气体，防止环境污染（1分） ②Fe2+- e－→Fe3+（1分） （2）2H++2 e－→H2↑ Cu2++2e－→Cu 2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O（各1分） （3）分液漏斗 （1分） 富集Cu2+，分离Cu2+与其它金属阳离子 （2分，每个要点1分） （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（1分） （5） c(H+)>c(SO42-)>c(Cu2+)>c(OH-)（2分）

试题分析： （1）根据反应：CuFeS2 + 4H＋ = Cu2+ + Fe2+ + 2H2S 2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓+ 2H＋①可知硫酸铁作用为吸收硫化氢气体，防止环境污染；②吸收硫化氢气体要消耗Fe3+ ，而其浓度不变必须Fe2+在阳极放电：Fe2+- e－→Fe3+。 （2）根据题中现象和离子放电规律可知：2H++2 e－→H2↑ Cu2++2e－→Cu 2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O（各1分） （3）分离互不相容的液体要使用分液漏斗 ； 萃取的作用在于富集Cu2+，分离Cu2+与其它金属阳离子。 （4）根据题意可知：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）电解200mL0.5 mol/L的CuSO4溶液，生成铜3.2 g时，相当于等浓度的CuSO4和硫酸的混合液，其中Cu2+部分水解，得c(H+)>c(SO2- 4)>c(Cu2+)>c(OH-)。

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