Question

2020年奥运会奖牌制作原料来自于电子垃圾中提炼出来的金属。从废线路板中提炼贵重金属和制备硫酸铜晶体的一种工艺流程如图：

(1)操作①中，使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还需__________。

(2)滤液中所含的阳离子有Cu²⁺、Al³⁺和__________(填离子符号)。

(3)已知部分金属阳离子以氢氧化物形成沉淀时溶液的pH见下表：

对应离子	Fe^3+	Cu^2+	Al^3+	Fe^2+
开始沉淀时pH	1.9	5.2	3.3	7.6
完全沉淀时pH	3.2	6.7	4.0	9.6

调节pH时，加入的试剂可以是________(填序号)，pH应调整为______。

A.CuO     B.Cu(OH)₂ C.Cu₂(OH)₂CO₃ D.CuSO₄

(4)写出粗铜中的铜与稀硫酸和过氧化氢的混合溶液发生反应的化学方程式：_________。

(5)从CuSO₄溶液中析出CuSO₄晶体的方法是_________。

(6)用新型甲醇燃料电池作电源电解硫酸铜溶液

①若a、b均为石墨，a极的电极反应式为_________。

②若该装置用于粗铜(含有锌、银等杂质)的电解精炼，则b极的电极反应式为_________，反应一段时间，硫酸铜溶液的浓度将_________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

③若a为石墨，b为铜，在标准状况下有336mL氧气参加反应，则电解后CuSO₄溶液的pH为(忽略溶液体积变化)____________。

Answer

漏斗 Fe3+、H+ ABC 4.0≤pH<5.2 Cu+H2O2+H2SO4＝CuSO4+2H2O 蒸发浓缩冷却结晶 2H2O-4e-4H++O2↑ Cu2++2e-Cu 减小 1

【解析】

废线路板经处理后得到粗铜（含Cu、Al、Fe、Au、Pt），加入稀硫酸和H2O2的混合液，Cu转化为Cu2+，铝和铁转化为Al3+和Fe3+，过滤后得重金属（Au、Pt）和滤液，滤液中含有Cu2+、Al3+、Fe3+、H+，滤液调pH后，Al3+和Fe3+转化为Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀下来，过滤后得到两个沉淀和CuSO4溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤干燥等操作得到CuSO4晶体。

（1）经过操作①得到固体和液体，所以该操作是过滤，玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还需漏斗；

（2）根据分析，滤液中含有的离子有：Cu2+、Al3+、Fe3+、H+；

（3）调节pH时要消耗H+，且不能引入杂质，CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3均与H+反应生成Cu2+，消耗H+的同时不引入杂质，CuSO4不能与H+反应，所以不能用来调节pH，故选ABC；调节pH是为了使Al3+、Fe3+转化为沉淀，而不能使Cu2+沉淀，由表中数据可知当pH≥4.0时，Al3+、Fe3+沉淀完全，而Cu2+开始沉淀的pH为5.2，所以要调节pH为4.0≤pH<5.2；

（4）根据信息在酸性环境中有H2O2存在时，铁和铜分别会转化为Fe3+和Cu2+。可知粗铜中的铜与稀硫酸和H2O2的混合溶液发生反应生成CuSO4和水，对应的化学方程式为Cu+H2O2+H2SO4＝CuSO4+2H2O；

（5）根据分析，从CuSO4溶液中析出CuSO4晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶；

（6）①a为阳极，b为阴极。若a、b均为石墨，电解CuSO4溶液为放氧生酸型，a极的电极反应式为2H2O-4e-4H++O2↑；

②电解精炼铜时a应为粗铜，b应为纯铜。b极的电极反应式为Cu2++2e-Cu；粗铜中含有锌、银等杂质，则阳极上铜、锌失电子进入溶液，阳极反应为Zn-2e-Zn2+、Cu-2e-Cu2+，根据得失电子数相等可知，阳极上溶解的铜少于阴极上析出的铜，所以反应一段时间后，硫酸铜溶液的浓度将减小；

③消耗标准状况下336 mL O2时，物质的量为，每个O2转移4e-，故转移电子为0.06 mol，根据各电极上转移电子数相等，每个H+转移1e-，可得n(H+)=0.06 mol，则c(H+)==0.1 mol·L-1，pH==1；