精英家教網(wǎng)如圖為細(xì)菌冶銅和火法冶銅的主要流程.
精英家教網(wǎng)
(1)①寫出用惰性電極電解硫酸銅溶液的化學(xué)方程式:
 
(電解過程中,始終無氫氣產(chǎn)生).
②若電解一定時(shí)間后,外加0.1mol的氫氧化銅可使電解液恢復(fù)到電解前的濃度,電路中轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量
 

(2)細(xì)菌冶金又稱微生物浸礦,是近代濕法冶金工業(yè)上的一種新工藝.細(xì)菌冶銅與火法冶銅相比,優(yōu)點(diǎn)為
 
(寫出一點(diǎn)即可).
(3)用惰性電極分別電解濃的氯化銅溶液和硫酸銅溶液.電解濃的氯化銅溶液時(shí)發(fā)現(xiàn)陰極有金屬銅生成,同時(shí)陰極附近會(huì)出現(xiàn)棕褐色溶液.而電解硫酸銅溶液時(shí),沒有棕褐色溶液生成.下面是關(guān)于棕褐色溶液成分的探究:
①有同學(xué)認(rèn)為,陰極附近出現(xiàn)的棕褐色溶液是氯氣反應(yīng)的結(jié)果,你認(rèn)為他的猜測是否正確?
 
(填“正確”或“不正確“),原因是
 

資料1:
一般具有混合價(jià)態(tài)(指化合物中同一元素存在兩種不同的化合價(jià),如Fe3O4中的Fe元索)的物質(zhì)的顏色比單一價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色要深.
資料2:
CuCl微溶于水,能溶于濃鹽酸.
②猜想:棕褐色溶液中可能含有的離子是
 
(填3種主要離子符號(hào)).
③驗(yàn)證猜想:完成實(shí)驗(yàn)方案(配制棕褐色溶液).取少量
 
固體于試管中,加入
 
使其溶解,再加入
 
溶液,觀察現(xiàn)象.
④已知電解前,U形管中加入了100mL 0.5mol?L-1 CuCl2溶液,電解結(jié)朿時(shí)電路中一共轉(zhuǎn)移了0.03mol電子,且陰極生成0.64g銅,則形成的低價(jià)陽離子的物質(zhì)的量為
 
mol.
分析:(1)①惰性電極電解一定量的硫酸銅溶液,陰極,發(fā)生Cu2++2e-═Cu,陽極,溶液中的氫氧根離子放電,4OH--4e-═H2O+O2↑;
②電解硫酸銅溶液后溶液呈酸性,向電解后的溶液中加入0.1mol的氫氧化銅可使電解液恢復(fù)到電解前的濃度,氫氧化銅和硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水,依據(jù)電解硫酸銅溶液的反應(yīng)過程,分析加入氫氧化鐵恢復(fù)溶液濃度是電解硫酸銅溶液,電解水的過程分析判斷;
(2)從能源及操作等方面來考慮細(xì)菌冶銅的優(yōu)點(diǎn);
(3)用惰性電極電解氯化銅溶液,第一階段:陽極發(fā)生氧化反應(yīng):2Cl--2e-=Cl2↑,陰極發(fā)生還原反應(yīng):Cu2++2e-=Cu,第二階段:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑;電解硫酸銅溶液時(shí)第一階段:2CuSO4+2H2O
 電解 
.
 
2Cu↓+O2↑+2H2SO4,第二階段:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑,
①電解濃的氯化銅溶液,第二階段電解水,陰極還會(huì)產(chǎn)生氫氣,陰極不可能生成氯氣;
②根據(jù)混合價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色比單一價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色深、CuCl微溶于水,能溶于濃鹽酸分析解答;
③根據(jù)CuCl、CuCl2的性質(zhì)分析解答;
④利用電子守恒法解答,生成0.64g銅轉(zhuǎn)移0.02mol電子,還有0.01mol電子為+2價(jià)銅離子得電子生成+1價(jià)的銅離子,據(jù)此分析解答;
解答:解:(1)①用惰性電極電解硫酸銅溶液,電解過程中,始終無氫氣產(chǎn)生,則陰極發(fā)生Cu2++2e-═Cu,陽極氫氧根離子放電,4OH--4e-═H2O+O2↑,總反應(yīng)為:2CuSO4+2H2O
 電解 
.
 
2Cu↓+O2↑+2H2SO4,
故答案為:2CuSO4+2H2O
 電解 
.
 
2Cu↓+O2↑+2H2SO4;
②用惰性電極電解一定濃度的硫酸銅溶液,通電一段時(shí)間后,向所得溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度,說明原來電解是開始電解硫酸銅溶液2CuSO4+2H2O
 電解 
.
 
2Cu↓+O2↑+2H2SO4,隨后電解水2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑,根據(jù)加入0.1molCu(OH)2后恢復(fù)到電解前的濃度,Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O根據(jù)原子守恒,將Cu(OH)2化學(xué)式改變?yōu)镃uO?H2O,所以加入0.1molCu(OH)2就相當(dāng)于加入0.1molCuO和0.1mol水,溶液中增加0.1mol氧化銅、0.1mol水,說明電解的硫酸銅為0.1mol,電解的水0.1mol,所以電解過程中轉(zhuǎn)移電子為:反應(yīng)Cu2++2e-=Cu,轉(zhuǎn)移0.2mol電子,電解0.1mol水,2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑,轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.2mol,所以共轉(zhuǎn)移電子0.4mol,
故答案為:0.4mol;
(2)濕法煉銅需在溶液中進(jìn)行,相比濕法煉銅,細(xì)菌冶銅,在常溫下用生物冶銅,節(jié)約能源、環(huán)保、設(shè)備簡單、操作方便;工藝條件易控制、投資少、成本低,適宜處理爐渣,
故答案為:節(jié)約能源、環(huán)保、設(shè)備簡單、操作方便;工藝條件易控制、投資少、成本低;適宜處理爐渣;
(3)用惰性電極電解氯化銅溶液,第一階段:陽極發(fā)生氧化反應(yīng):2Cl--2e-=Cl2↑,陰極發(fā)生還原反應(yīng):Cu2++2e-=Cu,第二階段:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑;電解硫酸銅溶液時(shí)第一階段:2CuSO4+2H2O
 電解 
.
 
2Cu↓+O2↑+2H2SO4,第二階段:2H2O
 電解 
.
 
2H2↑+O2↑,
①用惰性電極電解氯化銅溶液,電解過程中陽離子向陰極移動(dòng),所以陰極:第一階段:Cu2++2e-=Cu,第二階段:2H++2e-=H2↑,陰極不可能生成氯氣,所以陰極附近會(huì)出現(xiàn)棕褐色溶液,并不是氯氣反應(yīng)的結(jié)果,
故答案為:不正確;陰極還會(huì)產(chǎn)生氫氣;
②根據(jù)題干信息,混合價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色比單一價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色深,銅有Cu2+、Cu+的離子,所以棕褐色溶液中可能含有的離子是Cu2+、Cu+,溶液中還可能存在陰離子Cl-,
故答案為:Cu2+、Cu+、Cl-
③為了驗(yàn)證溶液中是否存在Cu2+、Cu+,可通過對照試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,取少量氯化亞銅,固體于試管中,加入濃鹽酸使其溶解,再加入氯化銅溶液,觀察現(xiàn)象,
故答案為:氯化亞銅;濃鹽酸;氯化銅;
④100mL 0.5mol?L-1 CuCl2溶液中含0.05molCuCl2,Cu2++2e-=Cu,生成0.64g銅轉(zhuǎn)移0.02mol電子,電解結(jié)朿時(shí)電路中一共轉(zhuǎn)移了0.03mol電子,根據(jù)題干信息,混合價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色比單一價(jià)態(tài)的物質(zhì)的顏色深,所以還有0.01mol電子為+2價(jià)銅離子得電子生成+1價(jià)的銅離子,Cu2++e-=Cu+,則形成的低價(jià)陽離子的物質(zhì)的量為0.01mol,
故答案為:0.01;
點(diǎn)評:本題是實(shí)驗(yàn)探究題,考查電解池以及相關(guān)元素化合物知識(shí),為高頻考點(diǎn),側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查,注意把握氧化還原知識(shí)以及電子守恒的計(jì)算,題目難度中等.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

同步練習(xí)冊答案