Question

已知粗銅中含有少量的鋅、鐵、銀、金等金屬和少量礦物雜質(zhì)（與酸不反應(yīng)）．某化學(xué)興趣小組在實驗室條件下用以硫酸銅溶液為電解液，用電解的方法實現(xiàn)了粗銅的提純，并對陽極泥中金屬進行回收．
步驟一：電解精制：
請回答以下問題：
（1）電解時，粗銅應(yīng)與電源的

 

極相連．陰極上的電極反應(yīng)式為

 

電解過程中，硫酸銅溶液的濃度會一定程度的

 

（選填：變大、不變、變�。�
步驟二：電解完成后，該小組同學(xué)按以下流程對電解液進行處理：

（2）陽極泥的綜合利用：稀硝酸處理陽極泥得到硝酸銀稀溶液，請你寫出該步反應(yīng)的離子方程式：

 

殘渣含有極少量的黃金，如何回收金，他們查閱了有關(guān)資料，了解到了一些有關(guān)金的知識，以下是他們獲取的一些信息：

序號	反應(yīng)	平衡常數(shù)
1	Au+6HNO3（濃）═Au（NO3）3+3NO2↑+3H2O	＜＜1
2	Au3++4Cl-═AuCl4-	K

從中可知，金很難與硝酸反應(yīng)，但實驗發(fā)現(xiàn)金卻可溶于王水（濃硝酸與鹽酸按體積比1：3的混合物），請你先猜測表格中第二個反應(yīng)的平衡常數(shù)K特點并簡要解釋金能夠溶于王水的原因：

 

（3）若在0.10mol?L^-1硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉稀溶液充分?jǐn)嚢瑁�有淺藍(lán)色氫氧化銅沉淀生成，當(dāng)溶液的pH=8時，c （Cu²⁺）=

 

mol?L^-1（Ksp[Cu（OH）₂]═2.2×10^-20）．
（4）初中我們學(xué)到的知識：銅是一種比較穩(wěn)定的金屬，請你以現(xiàn)在的知識設(shè)計一套簡單實驗裝置使銅與稀硫酸反應(yīng)

 

（要求：畫出簡圖并進行適當(dāng)?shù)臉?biāo)注）

Answer 1

考點：銅的電解精煉

專題：電化學(xué)專題

分析：步驟一：（1）電解精煉銅時，精銅做陰極，粗銅作陽極，陰極上是銅離子得電子；根據(jù)鋅、鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)分析；
步驟二：（2）金屬銀可以和硝酸反應(yīng)得到硝酸銀以及水和一氧化氮；金離子可以和氯離子之間發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的AuCl₄^-離子，可以根據(jù)化學(xué)平衡移動原理來解釋；
（3）pH=8的NaOH溶液中氫氧根離子的物質(zhì)的量濃度=

10-14

10-8

=10^-6 mol/L，根據(jù)溶度積常數(shù)及溶液中氫氧根離子濃度計算出c（Cu²⁺）；
（4）使銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅與氫氣，應(yīng)設(shè)計成電解池，銅為陽極，電解質(zhì)溶液為硫酸，陰極可為碳．

解答： 解：步驟一：（1）在電解精煉銅時，陽極反應(yīng)是金屬鋅、鐵、鎳等先失電子，陰極上是銅離子得電子產(chǎn)生銅，電解反應(yīng)為：Cu²⁺+2e-═Cu，精銅做陰極，粗銅作陽極；硫酸銅的濃度會變小，原因是鋅、鐵與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)，故答案為：正；Cu²⁺+2e-═Cu；變小；
步驟二：（2）據(jù)表格推斷K應(yīng)該很大，金屬銀可以和稀硝酸反應(yīng)生成硝酸銀、一氧化氮和水，反應(yīng)的離子方程式為：3Ag+4H⁺+NO₃^-═3Ag⁺+NO↑+2H₂O；根據(jù)表中的信息，Au+6HNO₃（濃）═Au（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O，并且Au³⁺+4Cl^-═AuCl₄^-，在王水中，含有濃硝酸和濃鹽酸，濃鹽酸含有大量氯離子，Au³⁺離子與氯離子形成穩(wěn)定的AuCl₄^-離子，使反應(yīng)2平衡向右移動，則金溶于王水中，
故答案為：K應(yīng)該很大；3Ag+4H⁺+NO₃^-═3Ag⁺+NO↑+2H₂O；濃鹽酸含有大量氯離子，Au³⁺離子與氯離子形成穩(wěn)定的AuCl₄^-離子，使反應(yīng)1平衡向右移動，則金溶于王水中；
（3）根據(jù)題給Cu（OH）₂的溶度積即可確定pH=8時，c（OH^-）=10^-6mol/L，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，則：c（Cu²⁺）=

2.2×10-20

(1×10-6)2

=2.2×10^-8mol?L^-1，
故答案為：2.2×10^-8；
（4）使銅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅與氫氣，應(yīng)設(shè)計成電解池，銅為陽極，電解質(zhì)溶液為硫酸，陰極可為碳，裝置圖為，
故答案為：．

點評：本題考查了電解原理，涉及了電解精煉銅、化學(xué)平衡移動原理以及溶度積計算應(yīng)用的綜合知識，考查角度廣，難度較大．