Question

以黃銅礦精礦為原料，制取硫酸銅及金屬銅的工藝如下所示：
Ⅰ.將黃銅礦精礦(主要成分為CuFeS₂，含有少量CaO、MgO、Al₂O₃)粉碎。
Ⅱ.采用如下裝置進行電化學浸出實驗

將精選黃銅礦粉加入電解槽陽極區(qū)，恒速攪拌，使礦粉溶解。在陰極區(qū)通入氧氣，并加入少量催化劑。
Ⅲ.一段時間后，抽取陰極區(qū)溶液，向其中加入有機萃取劑(RH)發(fā)生反應：2RH(有機相)＋Cu^2＋(水相) R₂Cu(有機相)＋2H^＋(水相)
分離出有機相，向其中加入一定濃度的硫酸，使Cu^2＋得以再生。
Ⅳ.電解硫酸銅溶液制得金屬銅。
（1）黃銅礦粉加入陽極區(qū)與硫酸及硫酸鐵主要發(fā)生以下反應：
CuFeS₂＋4H^＋=Cu^2＋＋Fe^2＋＋2H₂S
2Fe^3＋＋H₂S=2Fe^2＋＋S↓＋2H^＋
①陽極區(qū)硫酸鐵的主要作用是____________。
②電解過程中，陽極區(qū)Fe^3＋的濃度基本保持不變，原因是______________________。
（2）陰極區(qū)，電極上開始時有大量氣泡產生，后有固體析出，一段時間后固體溶解。寫出上述現象對應的反應式____________________。
（3）若在實驗室進行步驟Ⅲ，分離有機相和水相的主要實驗儀器是__________；加入有機萃取劑的目的是__________。
（4）步驟Ⅲ，向有機相中加入一定濃度的硫酸，Cu^2＋得以再生的原理是____________。
（5）步驟Ⅳ，若電解200 mL 0.5 mol·L^－1的CuSO₄溶液，生成銅3.2 g，此時溶液中離子濃度由大到小的順序是__________。

Answer 1

（1）①吸收硫化氫氣體，防止環(huán)境污染
②Fe^2＋－e^－=Fe^3＋
（2）2H^＋＋2e^－=H₂↑、Cu^2＋＋2e^－=Cu、2Cu＋O₂＋2H₂SO₄=2CuSO₄＋2H₂O
（3）分液漏斗　富集Cu^2＋、分離Cu^2＋與其它金屬陽離子
（4）增大H^＋濃度，使平衡2RH(有機相)＋Cu^2＋(水相)??R₂Cu(有機相)＋2H^＋(水相)逆向移動，Cu^2＋進入水相得以再生
（5）c(H^＋)＞c(SO₄^2-)＞c(Cu^2＋)＞c(OH^－)

（1）根據2Fe^3＋＋H₂S=2Fe^2＋＋S↓＋2H^＋，可判斷Fe₂(SO₄)₃的主要作用是氧化H₂S氣體，防止H₂S對環(huán)境的污染，當Fe^3＋被H₂S還原為Fe^2＋后，在陽極上Fe^2＋－e^－=Fe^3＋，使Fe^3＋的濃度基本保持不變。
（2）在陰極上，2H^＋＋2e^－=H₂↑，然后Cu^2＋＋2e^－=Cu，接著在酸性條件下，Cu被O₂氧化成CuO，CuO和H₂SO₄反應生成CuSO₄。
（3）有機相和水相不混溶，所以應用分液漏斗分離，由于Cu^2＋在有機相中，所以加入有機萃取劑可富集Cu^2＋。
（4）利用化學平衡移動原理解釋。
（5）2CuSO₄＋2H₂O2Cu＋2H₂SO₄＋O₂↑
0.05 mol  0.05 mol
所以n(H^＋)＝0.1 mol
由于Cu^2＋的水解，所以n(Cu^2＋)＜0.05 mol，n(H^＋)＞0.1 mol。
所以c(H^＋)＞c(SO₄^2-)＞c(Cu^2＋)＞c(OH^－)。