Question

银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

（注：Al(OH)₃和Cu(OH)₂开始分解的温度分别为450℃和80℃）

（1）电解精炼银时，阴极反应式为            ；滤渣A与稀HNO₃反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为                      。

（2）固体混合物B的组成为       ；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为                。

（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式： CuO+  Al₂O₃  CuAlO₂ +  ↑。

（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为    mol CuAlO₂，至少需要1.0mol?L^—1的Al₂(SO₄)₃溶液       L。

（5）CuSO₄溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是          、过滤、洗涤和干燥。

Answer

（1）Ag++e－==Ag（1分）    2NO+O2==2NO2（2分）

（2）Al(OH)3和CuO（2分）    Al(OH)3+OH－==AlO2－+2H2O（2分）

（3）4  2  4  O2↑（2分）

（4）50（2分）    25（2分）

（5）蒸发浓缩、冷却结晶（2分）

【解析】

（1）电解精炼铜时，纯铜作阴极，粗铜作阳极，硫酸铜溶液作电解液，电解精炼银与此类似，则纯银作阴极，粗银作阳极，硝酸银溶液作电解液，阳极主要反应式为Ag—e－=Ag+，阴极反应式为Ag++e－=Ag；银是金属活动顺序表中氢后金属，不溶于稀硫酸，因为稀硫酸是非氧化性酸，则滤渣A的主要成分是Ag，稀硝酸是氧化性酸，能溶解银、产生无色气体，即3Ag+4HNO3(稀) =3AgNO3+NO↑+2H2O，无色的一氧化氮气体在空气迅速被氧化为红棕色的二氧化氮气体，即2NO+O2=2NO2；

（2）CuAlO2中氧为—2价，铝为+3价，则铜为+1价，因此其化学式也可以写为Cu2O?Al2O3，相当于氧化亚铜和氧化铝按物质的量之比为1∶1熔合在一起，由此逆推，固体B的主要成分是物质的量之比为1∶1的Al(OH)3和CuO，因为Cu(OH)2开始分解的温度为80℃，水的沸点大于80℃，则煮沸前后发生的反应为Al3++3OH－=Al(OH)3↓、Cu2++2OH－==Cu(OH)2↓、Cu(OH)2CuO+H2O，Al(OH)3开始分解的温度为450℃，在惰性气体中煅烧时发生的反应为2Al(OH)3 Al2O3+3H2O、4CuO 2Cu2O+O2↑；氢氧化铝是两性氢氧化物，NaOH是强碱，若强碱溶液过量，则过量的NaOH能溶解部分或全部氢氧化铝，其离子方程式为Al(OH)3+OH－=AlO2－+2H2O，这必将导致目标产物产量的减少；

（3）根据氧化还原反应的特征推断，铜元素由+2价降为+1价，铝元素化合价不变，由此推断反应前后升价元素一定是氧，且化合价由—2价升为相邻的0价，即缺少的生成物为氧气；根据化合价升降法配平可得：4CuO+2Al2O34CuAlO2+O2↑（或者根据设1法配平，先设反应物中氧化铝的系数为1，根据铝守恒可得生成物CuAlO2的系数为2，根据铜守恒可得反应物CuO的系数为2，根据氧守恒可得氧气的系数为1/2，即2CuO+1Al2O32CuAlO2+1/2O2↑，系数加倍后即可得到4CuO+2Al2O34CuAlO2+O2↑）；

（4）5.0kg=5.0×103g，银铜合金废料中铜的质量为5.0×103g×63.5%，铜元素的相对原子质量为63.5，由m/M=n可求铜的物质的量为5.0×103g×63.5%÷63.5g/mol=50mol，根据铜守恒可得转化关系式：Cu～CuAlO2，其中CuAlO2与Cu的物质的量之比等于系数之比，则铜完全转化可以变为50mol CuAlO2；根据铝守恒可得转化关系式：Al2(SO4)3～2CuAlO2，其中Al2(SO4)3与CuAlO2的物质的量之比等于系数之比，则至少需要25mol Al2(SO4)3；由V=n/c可求至少需要硫酸铝溶液的体积为25mol÷1.0mol/L=25L；

（5）胆矾的化学式为CuSO4?5H2O，是硫酸铜溶液结晶析出的结晶水化合物，根据混合物分离和提纯的方法推断，从硫酸铜溶液中得到胆矾的基本操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。

【考点定位】本题以从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺为背景，结合给出的工艺流程图进行设问，主要考查了考生对常见金属、非金属元素及其化合物的主要性质的掌握，对常见化学方程式和离子方程式的书写，对电解池的组成和电解过程的理解，以及对工艺流程图的解读和所提供数据的应用等，并以此达到考查考生应用基础知识解决化学问题的能力；通过设计的工艺流程图设问，着重考查考生对Ag、Cu、Al、N等元素的相关化合物性质的掌握程度；考查考生对物质的量、摩尔质量、质量、物质的量浓度等概念的了解；考查考生对质量守恒定律的了解；考查考生根据物质的量、质量、物质的量浓度之间的相互关系进行有关计算的能力；考查考生对蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等基本实验操作的掌握。