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          【題目】某工業(yè)含銅廢料含有 Cu、CuO、CuS、CuSO4 等成分,利用該含銅廢料可生產硝酸銅晶體[Cu(NO3)2·3H2O],生產的工藝流程如圖所示,請回答下列問題:

          (1)“焙燒過程中除生成 SO2 的反應外,另外一個反應的化學方程式是______

          (2)“酸化過程為加快反應速率,可采用的措施有______(寫出一條即可)。

          (3)若試劑 a Zn,則置換的離子方程式為_____。

          (4)“淘洗的作用是_________________。

          (5)“反應一步中使用 20% HNO3 10% H2O2,整個過程無紅棕色氣體產生,則發(fā)生反應的離子方程式為_______________________________________;若該步驟只使用 20% HNO3,隨著反應的進行,溫度升高,出現大量紅棕色氣體,則還原劑與氧化劑的物質的量之比為_______________。

          【答案】2Cu +O22CuO 升高溫度 Cu2+ + Zn ══ Cu + Zn2+ 除去過量的鋅 Cu+ H2O2 + 2H+═ Cu + 2H2O 1 :2

          【解析】

          廢料中的銅元素有兩種價態(tài):0價和+2價,而目標產品Cu(NO3)2·3H2O中銅元素顯+2價,過程中應該有氧化還原反應發(fā)生,廢料中硫元素等雜質要除去。由流程圖分析,將廢料焙燒CuCuS將被O2氧化生成固體CuO和氣體SO2。H2SO4酸化”有發(fā)生反應CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,所以酸化得到的溶液主要是CuSO4溶液加入過量試劑a”的目的是通過“置換”反應得到單質銅,試劑a應選擇比銅活潑的金屬單質!爸脫Q”后“過濾”所得固體是銅單質(含有過量的鋅),“淘洗”目的就是除去過量的金屬鋅。“反應”步驟中金屬銅溶解在20%HNO310%H2O2溶液中,得到Cu(NO3)2溶液,最后經一系列操作得到目標產品[Cu(NO3)2·3H2O]。

          (1)廢料中CuCuS在“焙燒”過程中與O2反應,CuS將轉化為CuOSO2,所以另外一個反應的化學方程式為2Cu+O22CuO。

          (2)“焙燒”后的固體用硫酸酸化,根據影響化學反應速率的外界因素可知,加快反應速率的措施有:①升高溫度;②在一定范圍內增大硫酸的濃度;③將“焙燒”后的固體粉碎。(任選一條回答即可

          (3)ZnCu活潑,能夠將溶液中的Cu2+置換,其離子方程式為Cu2++Zn=Cu+Zn2+。

          (4)在“置換”步驟中加入了過量的鋅,得到的固體銅中含有鋅,為了不影響產品的純度必須除去鋅,所以“淘洗”的作用就是除去過量的鋅。

          (5)從目標產物看,“反應”步驟應該是將單質銅轉化為Cu(NO3)2的過程,銅元素被氧化,而“整個過程無紅棕色氣體產生”說明氧化劑不是HNO3,可推知該過程作為氧化劑的物質應是H2O2,所以發(fā)生反應的離子方程式為:Cu+H2O2+2H+═ Cu+2H2O。若該步驟只使用20% HNO3且出現大量紅棕色氣體,可推知該過程起氧化劑作用的是HNO3,還原產物是紅棕色的NO2氣體,化學反應方程式為Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,因4molHNO3中只有2molHNO3起氧化劑作用,所以還原劑(Cu)與氧化劑(HNO3物質的量之比為1:2。

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