- 电解精炼铜
- 共129题
通过火法冶金炼出的铜是粗铜，含杂质金、银、铁、锌，不适于电器及其他许多工业使用，必须进行电解精炼．
（1）在精炼铜时，阳极减小的质量与阴极增加的质量是否相等______（填“是”或“否”）；阳极下面沉积金属的成分主要是______．
（2）在精炼铜的过程中，Cu2+浓度逐渐下降，c（Fe2+）、c（Zn2+）会逐渐______，所以需要定时除去其中的Fe2+、Zn2+．甲同学设计了下列除杂方案I（见下图）．
请参照下表给出的数据，回答下列问题：
①试剂a是______，其目的是______．
②操作①调节pH至b，b的取值范围是______．
③调节溶液A的PH时可选择下列哪些试剂______．
A．NaOH B．CuO C．Cu（OH）2 D．NH3•H2O E．Cu2（OH）2CO3
④操作②是______，方案I中不能够除去的杂质金属阳离子是______．
（3）乙同学在查阅课本时发现，“工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶解于水，再加入氨水调节pH至7-8，可使Fe3+生成
Fe（OH）3沉淀而除去．”乙同学认为甲同学的方案I中也应该将溶液pH调至7-8．你认为乙同学的建议是否正确？______（填“是”或“否”）理由是______．
正确答案
解：（1）利用电解法进行粗铜提纯时粗铜应作阳极，精铜作阴极，阳极与电池的正极相连发生氧化反应，这几种金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，因此在电解过程中金属锌和铁会先于金属铜失电子，但是阴极上始终是铜离子在减少，所以在精炼铜时，阳极减小的质量与阴极增加的质量是不相等的，Ag、Pt不会失去电子，而是形成阳极泥沉降下来，故答案为：否；金、银；
（2 ）金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，阳极上电极反应是金属锌和铁先失去电子再是金属铜失去电子，而在阴极上始终是铜离子在减少，所以c（Fe2+）、c（Zn2+）会逐渐增大，故答案为：增大；
①双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为三价铁离子，且不会引进杂质离子，故答案为：H2O2；把Fe2+氧化成Fe3+；
②根据沉淀锌离子和铁离子所需的溶液的pH可以知道：pH介于3.7-5.2之间时，可以将铁离子沉淀，但不会让铜离子形成沉淀，故答案为：3.7-5.2；
③调节溶液A的PH时，不能引进杂质离子，且所加的物质可以和酸发生反应即可，如果用氨水和氢氧化钠会让溶液中引进杂质离子，故选：BCE；
④实现固体和液体的分离采用的方法是过滤，在除杂过程中，锌离子没有除掉，故答案为：过滤；Zn2+；
（3）将溶液pH调至7-8，Cu2+会转化为Cu（OH）2，故答案为：否；pH=7～8时Cu2+会转化为Cu（OH）2．
解析
解：（1）利用电解法进行粗铜提纯时粗铜应作阳极，精铜作阴极，阳极与电池的正极相连发生氧化反应，这几种金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，因此在电解过程中金属锌和铁会先于金属铜失电子，但是阴极上始终是铜离子在减少，所以在精炼铜时，阳极减小的质量与阴极增加的质量是不相等的，Ag、Pt不会失去电子，而是形成阳极泥沉降下来，故答案为：否；金、银；
（2 ）金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，阳极上电极反应是金属锌和铁先失去电子再是金属铜失去电子，而在阴极上始终是铜离子在减少，所以c（Fe2+）、c（Zn2+）会逐渐增大，故答案为：增大；
①双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为三价铁离子，且不会引进杂质离子，故答案为：H2O2；把Fe2+氧化成Fe3+；
②根据沉淀锌离子和铁离子所需的溶液的pH可以知道：pH介于3.7-5.2之间时，可以将铁离子沉淀，但不会让铜离子形成沉淀，故答案为：3.7-5.2；
③调节溶液A的PH时，不能引进杂质离子，且所加的物质可以和酸发生反应即可，如果用氨水和氢氧化钠会让溶液中引进杂质离子，故选：BCE；
④实现固体和液体的分离采用的方法是过滤，在除杂过程中，锌离子没有除掉，故答案为：过滤；Zn2+；
（3）将溶液pH调至7-8，Cu2+会转化为Cu（OH）2，故答案为：否；pH=7～8时Cu2+会转化为Cu（OH）2．
正确答案
解：用电解法进行粗铜提纯时，粗铜应作阳极，精铜作阴极；
该装置中a为原电池的正极，b为原电池的负极，所以c为电解池的阳极，d为电解池的阴极，电解时，以硫酸铜溶液为电解液，溶液中的Cu2+得到电子沉积在阴极上，发生还原反应，即Cu2++2e-=Cu；
作阳极的粗铜中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，所以Fe发生Fe-2e-═Fe2+反应，以Fe2+的形式进入溶液中；比铜不活泼的金属Au、Ag不会失去电子，以单质的形成沉入电解槽形成“阳极泥”，则沉积在电解槽底部（阳极泥）的杂质是Au、Ag，电解一段时间后，电解液中的金属离子有Cu2+、Fe2+，
故答案为：粗铜板；Cu2++2e-=Cu；Au、Ag；Cu2+、Fe2+．
解析
解：用电解法进行粗铜提纯时，粗铜应作阳极，精铜作阴极；
该装置中a为原电池的正极，b为原电池的负极，所以c为电解池的阳极，d为电解池的阴极，电解时，以硫酸铜溶液为电解液，溶液中的Cu2+得到电子沉积在阴极上，发生还原反应，即Cu2++2e-=Cu；
作阳极的粗铜中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，所以Fe发生Fe-2e-═Fe2+反应，以Fe2+的形式进入溶液中；比铜不活泼的金属Au、Ag不会失去电子，以单质的形成沉入电解槽形成“阳极泥”，则沉积在电解槽底部（阳极泥）的杂质是Au、Ag，电解一段时间后，电解液中的金属离子有Cu2+、Fe2+，
故答案为：粗铜板；Cu2++2e-=Cu；Au、Ag；Cu2+、Fe2+．
已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不不反应）．某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定．
步骤一：电解精制：
请回答以下问题：
Ⅰ．电解时，粗铜应与电源的______极相连．阴极上的电极反应式为______
电解过程中，硫酸铜的浓度会变小，原因是锌，铁与硫酸铜发生置换反应．
步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：
（1）阳极泥的综合利用：
Ⅱ．稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请你写出该步反应的化学方程式：______
残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的知识，以下是他们获取的一些极其重要的信息：
Ⅲ．从平衡常数的大小可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1：3的混合物），请你简要解释金能够溶于王水的原因：______
（2）滤液含量的测定：
以下是该小组探究滤液的一个实验流程：
Ⅳ．则100mL滤液中Cu2+ 的浓度为______mol•L-1，
Ⅴ．则100mL滤液中Fe2+的浓度为______mol•L-1．
正确答案
解：Ⅰ、在电解精炼铜时，阳极反应是金属锌、铁、镍等先失电子，阴极上是铜离子得电子产生铜，精铜做阴极，粗铜作阳极，故答案为：正；Cu2++2e=Cu；
金属银可以和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，即3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O，故答案为：3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O；
Ⅲ、根据表中的信息，Au+6HNO3（浓）=Au（NO3）3+3NO2↑+3H2O，并且Au3++4Cl-=AuCl4-，在王水中，含有浓硝酸和浓盐酸，浓盐酸含有大量氯离子，Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中，故答案为：浓盐酸含有大量氯离子，Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子，使反应②平衡向右移动，则金溶于王水中；
（2）Ⅳ、100mL的滤液中含有亚铁离子、铜离子、锌离子，当加入足量的金属Fe以后，会将金属铜全部置换出来，所以生成的3.2g金属是Cu，所以铜离子的浓度c=
Ⅴ、亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，在空气中更易被氧化为氢氧化铁，受热分解生成的氧化铁的质量是4.8g，根据原子守恒，亚铁离子的物质的量是：
解析
解：Ⅰ、在电解精炼铜时，阳极反应是金属锌、铁、镍等先失电子，阴极上是铜离子得电子产生铜，精铜做阴极，粗铜作阳极，故答案为：正；Cu2++2e=Cu；
金属银可以和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，即3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O，故答案为：3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O；
Ⅲ、根据表中的信息，Au+6HNO3（浓）=Au（NO3）3+3NO2↑+3H2O，并且Au3++4Cl-=AuCl4-，在王水中，含有浓硝酸和浓盐酸，浓盐酸含有大量氯离子，Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中，故答案为：浓盐酸含有大量氯离子，Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子，使反应②平衡向右移动，则金溶于王水中；
（2）Ⅳ、100mL的滤液中含有亚铁离子、铜离子、锌离子，当加入足量的金属Fe以后，会将金属铜全部置换出来，所以生成的3.2g金属是Cu，所以铜离子的浓度c=
Ⅴ、亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，在空气中更易被氧化为氢氧化铁，受热分解生成的氧化铁的质量是4.8g，根据原子守恒，亚铁离子的物质的量是：
粗铜中常含有金、银、铁、锌等杂质，需经过电解精炼．在工业精炼铜的过程中，电解液中C（Cu2+）逐渐下降，C（Fe2+）、C（Zn2+）会逐渐增加．
Ⅰ、写出精炼粗铜过程中阳极上发生的电极反应______
Ⅱ、精炼过程中需定时除去其中的Fe2+、Zn2+．下表为部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
甲同学设计了如下除杂方案：
（1）试剂a是______，其目的是______；根据上表数据该方案能够除去的杂质金属阳离子是______．写出检验该杂质金属阳离子的操作方法：______．
（2）乙同学在查阅资料时发现，“工业原料氯化铵中含杂质氯化铁，使其溶入水，再加入氨水调节pH至7～8，可使Fe3+生成Fe（OH）3沉淀而除去．”乙同学认为甲同学的方案中也应该将溶液pH调至7～8，你认为乙同学的建议是否正确？______（填“是”或“否”），理由是______．
正确答案
解：Ⅰ、在粗铜中，含有金属铁、锌、镍金属的活泼性均强于金属铜，所以在阳极上放电的金属是铁、锌、镍、铜，
故答案为：Fe-2e-=Fe2+、Zn-2e-=Zn2+、Ni-2e-=Ni2+、Cu-2e-=Cu2+；
Ⅱ、（1）根据表中数据发现当三价铁离子形成沉淀时，铜离子不沉淀，可以将亚铁离子氧化为三价铁，再调节PH来除去亚铁离子，所以可以选择氧化剂双氧水，向加入双氧水后的溶液中加入KSCN溶液，若溶液不变红，再滴入几滴氯水，若溶液变成红色，说明含有亚铁，故答案为：H2O2；将Fe2+氧化为Fe3+；Fe2+；先加入KSCN溶液，若溶液不变红，再滴入几滴氯水，若溶液变成红色，说明含有该离子；
（2）乙同学的建议不正确，因为根据沉淀时的pH，当溶液pH为7～8时，溶液A中的Cu2+同时会生成沉淀而被除去，故答案为：否；根据沉淀时的pH，当溶液pH为7～8时，溶液A中
Cu2+同时生成沉淀而被除去．
解析
解：Ⅰ、在粗铜中，含有金属铁、锌、镍金属的活泼性均强于金属铜，所以在阳极上放电的金属是铁、锌、镍、铜，
故答案为：Fe-2e-=Fe2+、Zn-2e-=Zn2+、Ni-2e-=Ni2+、Cu-2e-=Cu2+；
Ⅱ、（1）根据表中数据发现当三价铁离子形成沉淀时，铜离子不沉淀，可以将亚铁离子氧化为三价铁，再调节PH来除去亚铁离子，所以可以选择氧化剂双氧水，向加入双氧水后的溶液中加入KSCN溶液，若溶液不变红，再滴入几滴氯水，若溶液变成红色，说明含有亚铁，故答案为：H2O2；将Fe2+氧化为Fe3+；Fe2+；先加入KSCN溶液，若溶液不变红，再滴入几滴氯水，若溶液变成红色，说明含有该离子；
（2）乙同学的建议不正确，因为根据沉淀时的pH，当溶液pH为7～8时，溶液A中的Cu2+同时会生成沉淀而被除去，故答案为：否；根据沉淀时的pH，当溶液pH为7～8时，溶液A中
Cu2+同时生成沉淀而被除去．
由黄铜矿（主要成分是CuFeS2）炼制精铜的工艺流程示意图1如下：
在反射炉中，加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成冰铜（Cu与Fe的低价硫化物）．该反应的化学方程式是______．在转炉中，冰铜中的Cu2S先被氧化成Cu2O，生成的Cu2O再与Cu2S反应，两步反应的热化学方程式为：2Cu2S（s）+3O2（g）═2Cu2O（s）+2SO2（g）；△H=-768.2kJ•mol-1；2Cu2O（s）+CuS（s）═6Cu（s）+SO2（g）；△H=+116.0kJ•mol-1则反应Cu2S（s）+O2（g）═2Cu（s）+SO2（g）的△H=______．
（3）粗铜的电解精炼如图所示．在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极______．（填写图2中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为______；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为______．
（4）利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可以制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为______．
正确答案
解：（1）铜矿与空气反应生成Cu2S、FeS，根据化合价升降相等配平，反应方程式为：2CuFeS2+O2
则Cu2S（s）+O2（g）=2Cu（s）+SO2（g）可以是
故答案为：2CuFeS2+O2
（3）c连电源正极，d连电源的负极；故c为阳极，d为阴极；粗铜板应放在阳极，即c；d阴极发生还原反应，方程式为：Cu2++2e-=Cu；Au、Ag比较稳定，不反应，以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe失去电子变成Fe2+的形式进入电解液中，
故答案为：c；Cu2++2e-=Cu；Au、Ag以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中．
（4）原电池正极发生的是化合价降低得电子的反应，根据方程式可知是O2得电子，另外，由于H2SO4存在，所以发生的O2酸性条件下的电极反应：4H++O2+4e-═2H2O，故答案为：4H++O2+4e-═2H2O．
解析
解：（1）铜矿与空气反应生成Cu2S、FeS，根据化合价升降相等配平，反应方程式为：2CuFeS2+O2
则Cu2S（s）+O2（g）=2Cu（s）+SO2（g）可以是
故答案为：2CuFeS2+O2
（3）c连电源正极，d连电源的负极；故c为阳极，d为阴极；粗铜板应放在阳极，即c；d阴极发生还原反应，方程式为：Cu2++2e-=Cu；Au、Ag比较稳定，不反应，以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe失去电子变成Fe2+的形式进入电解液中，
故答案为：c；Cu2++2e-=Cu；Au、Ag以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中．
（4）原电池正极发生的是化合价降低得电子的反应，根据方程式可知是O2得电子，另外，由于H2SO4存在，所以发生的O2酸性条件下的电极反应：4H++O2+4e-═2H2O，故答案为：4H++O2+4e-═2H2O．
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