Question

从银铜合金废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

已知：①铝元素在溶液中的存在形态与溶液pH的关系如图所示。

②室温时，Cu(OH)₂的溶度积K_sp＝2.0×10^-20，当溶液中某种离子浓度小于1.0×10^-5mol/L时，认为该离子沉淀完全，。

③Al(OH)₃和Cu(OH)₂开始分解的温度分别为450℃和80℃。

请回答下列问题：

(1)电解精炼银时，粗银做       极(填“阴”或“阳”)，电解质选用________溶液，阴极电极反应为                  。

(2)在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范围在         ，若控制不当，使NaOH过量可能会引起的反应的离子方程式为                 。

(3) 煅烧过程中发生多步反应，写出最终生成CuAlO₂的反应的化学方程式：              。

(4)若银铜合金中铜的质量分数为64%，理论上1.0 kg废料中的铜可完全转化为CuAlO₂，至少需要1.0 mol·L^－1的Al₂(SO₄)₃溶液         L。

Answer

(1)阳；AgNO3；Ag++e－=Ag；

(2)6.65-12；Al(OH)3+OH－=AlO2－+2H2O；

(3)2Al2O3+4CuO=4CuAlO2+O2；(4)5；

【解析】

试题分析：(1)电镀法精炼银时，粗银为阳极，精银为阴极，硝酸银作电解质溶液，阳极上失电子变成离子进入溶液了：Ag-e-=Ag+，阴极银离子得到电子形成单质银：Ag++e-=Ag，故答案为：阳；AgNO3；Ag++e-=Ag；

(2)未煮沸之前是Cu(OH)2和Al(OH)3，Al(OH)3和Cu(OH)2，煮沸后Cu(OH)2分解产生氧化铜，可知B为Al(OH)3和CuO，在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范围在铝离子和铜离子全部沉淀，氢氧化铝沉淀完全PH=12，室温时，Cu(OH)2的溶度积Ksp=2.0×10-20．(lg5=0.7)，据此计算全部沉淀的PH，c2(OH-)==2×10-15，c(H+)=10-6.65，PH=6.65，在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范围在为：6.65-12，氢氧化铝显两性能与碱反应：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，反应的离子方程式为：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，故答案为：6.65-12； Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O；

(3)反应前Cu为+2价，反应后为+1，化合价降低1，Al化合价没有变化，所以氧元素的化合价升高，生成氧气，反应前氧为-2价，反应后为0，化合价升高2，两者的最小公倍数是2，再根据原子守恒得：4CuO+2Al2O3=4CuAlO2+O2↑，故答案为：4CuO+2Al2O3=4CuAlO2+O2↑；

(4)由关系式：Cu～CuAlO2得n(CuAlO2)==10.0mol，则CuAlO2为10.0mol，由关系式：Al2(SO4)3～2CuAlO2得Al2(SO4)3=n(CuAlO2)×=5.0mol，所以需要体积为=5L，故答案为：5。

【考点定位】考查电解原理、沉淀的判断、氧化还原反应的配平以及化学计算

【名师点晴】本题以从废料中回收银并制备铜化工产品为背景，考查了物质制备原理及其应用，涉及电解原理、沉淀的判断、氧化还原反应的配平以及化学计算等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力。由工艺流程图可知，废料在空气中熔炼时，Cu被氧化，滤渣中含有CuO及少量Ag，向滤渣中加入硫酸进行酸浸，CuO与硫酸反应，过滤得到硫酸铜溶液(含有硫酸)，滤渣A为Ag；在硫酸铜溶液中加入硫酸铝、氢氧化钠，煮沸、过滤得到Al(OH)3和CuO，灼烧中会得到CuO、Al2O3，二者煅烧可得到CuAlO2，滤渣A含有Ag，粗银电解时，粗银为阳极，在阴极上得到银，可得到提纯的目的。