Question

9．銀、銅均屬于重金屬，從銀銅合金廢料中回收銀并制備含銅化合物產品的工藝如圖所示：

（1）熔煉時被氧化的元素是銅，酸浸時反應的離子方程式為CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O．為提高酸浸時銅元素的浸出率及浸出速率，酸浸前應對渣料進行處理，其處理方法是將渣料粉碎．
（2）操作a是過濾，固體B轉化為CuAlO₂的過程中，存在如下反應，請?zhí)顚懣瞻滋帲?CuO+2Al₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4CuAlO₂+O₂↑．
（3）若殘渣A中含有n mol Ag，將該殘渣全部與足量的稀HNO₃置于某容器中進行反應，寫出反應的化學方程式3Ag+4HNO3=3AgNO₃+NO↑+2H₂O．為徹底消除污染，可將反應中產生的氣體與V L（標準狀況）空氣混合通入水中，則V至少為28nL（設空氣中氧氣的體積分數為0.2）．
（4）已知2Cu⁺ $\stackrel{H+}{→}$Cu+Cu²⁺，試分析CuAlO₂分別與足量鹽酸、稀硝酸混合后，產生現象的異同點相同點是均得到藍色溶液；不同點是與鹽酸混合有紅色固體出現，而與硝酸混合沒有固體出現，但有氣泡產生．
（5）假設粗銀中的雜質只有少量的銅，利用電化學方法對其進行精煉，則粗銀應與電源的正極相連，當兩個電極上質量變化值相差30.4g時，則兩個電極上銀質量的變化值相差43.2g．

Answer 1

分析 由工藝流程圖可知，廢料在空氣中熔煉時，Cu被氧化，濾渣中含有CuO及少量Ag，向濾渣中加入硫酸進行酸浸，CuO與硫酸反應，過濾得到硫酸銅溶液（含有硫酸），濾渣A為Ag；向濾液中加入硫酸鋁、氫氧化鈉，得到氫氧化鋁、氫氧化銅，灼燒中會得到CuO、Al₂O₃，二者反應得到CuAlO₂．
（1）由空氣中熔煉時Cu被氧化；用硫酸進行酸浸，CuO與硫酸反應生成硫酸銅與水；增大接觸面積，加快反應速率；
（2）CuO、Al₂O₃反應得到CuAlO₂，由電荷守恒可知，O元素化合價升高，有氧氣生成，配平完成方程式；
（3）Ag與稀硝酸反應生成硝酸銀、NO與水；反應生成的NO、氧氣與水反應又得到硝酸，縱觀整個過程，Ag失去電子等于氧氣獲得電子，據此計算氧氣物質的量，再計算需要氧氣的體積，結合空氣中氧氣體積分數計算需要空氣體積；
（4）CuAlO₂分別與足量鹽酸反應得到Cu、氯化銅、氯化鋁；硝酸具有強氧化性，過量的硝酸與CuAlO₂反應得到硝酸銅、硝酸鋁、NO；
（5）電解精煉時，粗銀作陽極、純銀作陰極，陽極上Ag、Cu都失電子生成金屬陽離子，陰極上只有銀離子得電子生成Ag，兩個電極上質量變化值相差30.4g為Cu放電析出的Ag的質量與Cu質量之差，根據電子轉移守恒計算Cu放電時析出Ag的質量，即為兩個電極上銀質量的變化值之差．

解答 解：由工藝流程圖可知，廢料在空氣中熔煉時，Cu被氧化，濾渣中含有CuO及少量Ag，向濾渣中加入硫酸進行酸浸，CuO與硫酸反應，過濾得到硫酸銅溶液（含有硫酸），濾渣A為Ag；向濾液中加入硫酸鋁、氫氧化鈉，得到氫氧化鋁、氫氧化銅，灼燒中會得到CuO、Al₂O₃，二者反應得到CuAlO₂．
（1）由上述分析可知，空氣中熔煉時Cu被氧化；用硫酸進行酸浸，CuO與硫酸反應生成硫酸銅與水，反應離子方程式為：CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；將渣料粉碎，增大接觸面積，加快反應速率；
故答案為：Cu；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O；將渣料粉碎；
（2）操作a是分離互不相溶的液體與固體，應是過濾；由上述分析可知，CuO、Al₂O₃反應得到CuAlO₂，由電荷守恒可知，O元素化合價升高，有氧氣生成，反應前Cu為+2價，反應后為+1，化合價降低1，反應前氧為-2價，反應后為0，化合價升高2，兩者的最小公倍數是2，再根據原子守恒得：4CuO+2Al₂O₃=4CuAlO₂+O₂↑，
故答案為：過濾；4； 2； 4CuAlO₂；O₂；
（3）Ag與稀硝酸反應生成硝酸銀、NO與水，反應方程式為：3Ag+4HNO₃=3AgNO₃+NO↑+2H₂O；反應生成的NO、氧氣與水反應又得到硝酸，縱觀整個過程，Ag失去電子等于氧氣獲得電子，故消耗氧氣物質的量為$\frac{nmol×1}{4}$=0.25n mol，標況下需要氧氣的體積為0.25n mol×22.4L/mol=5.6n L，需要空氣的體積為5.6n L÷20%=28n L，
故答案為：3Ag+4HNO₃=3AgNO₃+NO↑+2H₂O；28n；
（4）CuAlO₂分別與足量鹽酸反應得到Cu、氯化銅、氯化鋁，現象為得到藍色溶液、有紅色固體生成；硝酸具有強氧化性，過量的硝酸與CuAlO₂反應得到硝酸銅、硝酸鋁、NO，溶液變藍色，相同點是均得到藍色溶液；不同點是與鹽酸混合有紅色固體出現，而與硝酸混合沒有固體出現，但有氣泡產生，
故答案為：相同點是均得到藍色溶液；不同點是與鹽酸混合有紅色固體出現，而與硝酸混合沒有固體出現，但有氣泡產生；
（5）電解精煉時，粗銀作陽極、純銀作陰極，陽極上Ag、Cu都失電子生成金屬陽離子，陰極上只有銀離子得電子生成Ag，兩個電極上質量變化值相差30.4g為Cu放電析出的Ag與Cu的質量之差，設Cu為xmol，根據電子轉移守恒，則Cu放電形成Ag為2x mol，故2x×108-64x=30.4，解得x=0.2，兩個電極上銀質量的變化值之差為Cu放電生成Ag的質量，故為0.2mol×2×108g/mol=43.2g，
故答案為：正；43.2g．

點評 本題以從廢料中回收銀并制備銅化工產品載體，考查化學工藝流程、物質分離提純、電解原理、氧化還原反應配平與計算，（3）（5）中計算抓住電子轉移守恒進行解答，難度較大．