Question

15．從銀銅合金廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品的工藝如圖：

已知：①鋁元素在溶液中的存在形態(tài)與溶液pH的關(guān)系如圖所示．

②室溫時(shí)，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=2.0×10^-20，當(dāng)溶液中某種離子濃度小于1.0×10^-5mol/L時(shí)，認(rèn)為該離子沉淀完全，lg5=0.7．
③Al（OH）₃和Cu（OH）₂開始分解的溫度分別為450℃和80℃．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）電解精煉銀時(shí)，粗銀做陽極（填“陰”或“陽”），電解質(zhì)選用AgNO₃溶液，陰極電極反應(yīng)為Ag⁺+e^-=Ag．
（2）在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范圍在6.65-12，若控制不當(dāng)，使NaOH過量可能會(huì)引起的反應(yīng)的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
（3）煅燒過程中發(fā)生多步反應(yīng)，寫出最終生成CuAlO₂的反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Al₂O₃+4CuO=4CuAlO₂+O₂．
（4）若銀銅合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%，理論上1.0kg廢料中的銅可完全轉(zhuǎn)化為CuAlO₂，至少需要1.0mol•L^-1的Al₂（SO₄）₃溶液5L．

Answer 1

分析 由工藝流程圖可知，廢料在空氣中熔煉時(shí)，Cu被氧化，濾渣中含有CuO及少量Ag，向?yàn)V渣中加入硫酸進(jìn)行酸浸，CuO與硫酸反應(yīng)，過濾得到硫酸銅溶液（含有硫酸），濾渣A為Ag；在硫酸銅溶液中加入硫酸鋁、氫氧化鈉，煮沸、過濾得到Al（OH）₃和CuO，灼燒中會(huì)得到CuO、Al₂O₃，二者煅燒可得到CuAlO₂，濾渣A含有Ag，粗銀電解時(shí)，粗銀為陽極，在陰極上得到銀，可得到提純的目的，
（1）根據(jù)電解原理分析判斷，電鍍法精煉銀時(shí)，粗銀為陽極，精銀為陰極；
（2）依據(jù)圖象和溶度積常數(shù)計(jì)算銅離子和鋁離子完全沉淀所需的PH，未煮沸之前是Cu（OH）₂和Al（OH）₃，Cu（OH）₂分解的溫度為80℃判斷產(chǎn)物，根據(jù)氫氧化鋁顯兩性能與堿反應(yīng)；
（3）根據(jù)化合價(jià)升降總數(shù)相等以及原子守恒來配平；
（4）根據(jù)銅元素守恒建立關(guān)系式：Cu～CuAlO₂來計(jì)算；根據(jù)鋁元素守恒建立關(guān)系式：Al₂（SO₄）₃～2CuAlO₂來計(jì)算．

解答 解：（1）電解法精煉銀時(shí)，粗銀為陽極，精銀為陰極，電解質(zhì)為硝酸銀，陽極上失電子變成離子進(jìn)入溶液了：Ag-e^-=Ag⁺，陰極銀離子得到電子形成單質(zhì)銀：Ag⁺+e^-=Ag，
故答案為：陽；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分解產(chǎn)生氧化銅，可知B為Al（OH）₃和CuO，在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范圍在鋁離子和銅離子全部沉淀，氫氧化鋁沉淀完全PH=12，室溫時(shí)，Cu（OH）₂的溶度積K_sp=2.0×10^-20．（lg5=0.7），據(jù)此計(jì)算全部沉淀的PH，c²（OH^-）=$\frac{2×10{\;}^{-20}}{1×10{\;}^{-5}}$=2×10^-15，c（H⁺）=10^-6.65，PH=6.65，在生成固體B的過程中，需控制NaOH的加入量，使溶液的pH范圍在為：6.65-12，氫氧化鋁顯兩性能與堿反應(yīng)：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，反應(yīng)的離子方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：6.65-12； Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
（3）反應(yīng)前Cu為+2價(jià)，反應(yīng)后為+1，化合價(jià)降低1，Al化合價(jià)沒有變化，所以氧元素的化合價(jià)升高，生成氧氣，反應(yīng)前氧為-2價(jià)，反應(yīng)后為0，化合價(jià)升高2，兩者的最小公倍數(shù)是2，再根據(jù)原子守恒得：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑，
故答案為：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑；
（4）由關(guān)系式：Cu～CuAlO₂得n（CuAlO₂）=$\frac{1000g×64%}{64g/mol}$=10.0mol，則CuAlO₂為10.0mol，
由關(guān)系式：Al₂（SO₄）₃～2CuAlO₂得Al₂（SO₄）₃=n（CuAlO₂）×$\frac{1}{2}$=5.0mol，所以需要體積為$\frac{5mol}{1.0mol/L}$=5L，
故答案為：5．

點(diǎn)評(píng) 本題為工藝流程題，從廢料中回收銀并制備銅化工產(chǎn)品為背景，考查了電解原理、沉淀的判斷、氧化還原反應(yīng)的配平以及化學(xué)計(jì)算，難度中等．