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1、2022-2023學(xué)年高中化學(xué)(課堂同步系列二)每日一題 電解精煉銅(含解析)新人教版選修4
以硫酸銅溶液作電解液,對含有雜質(zhì)Fe、Zn、Ag的粗銅進(jìn)行電解精煉。下列敘述正確的是
①粗銅與直流電源的負(fù)極相連
②陰極發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2e-Cu
③電路中每通過3.01×1023個電子,得到的精銅質(zhì)量為16 g
④雜質(zhì)Ag以Ag2SO4的形式沉入電解槽底部形成陽極泥
A.①③ B.②④ C.③④ D.②③
【參考答案】D
1.電解精煉銅的原理是粗銅中比銅活潑的金屬Zn、Fe等失去電子,產(chǎn)生的陽離子殘留在溶液中,不比銅活潑的金屬Ag、Au
2、等以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解池的底部,形成陽極泥,粗銅中的銅在陰極上析出。
2.裝置
1.利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純,下列敘述正確的是
A.電解時以精銅作陽極
B.粗銅接電源的負(fù)極,其電極反應(yīng)是Cu-2e-Cu2+
C.電解后,電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥
D.以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液,電解一段時間后,CuSO4溶液的濃度保持不變
2.某同學(xué)設(shè)計一個燃料電池(如下圖所示),目的是探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜。
根據(jù)要求回答相關(guān)問題:
(1)通入氫氣的電極為________(
3、填“正極”或“負(fù)極”),負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________________。
(2)石墨電極為________(填“陽極”或“陰極”),反應(yīng)一段時間后,在乙裝置中滴入酚酞溶液,________(填“鐵極”或“石墨極”)區(qū)的溶液先變紅。
(3)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì),丙裝置中反應(yīng)一段時間,硫酸銅溶液濃度將________(填“增大”“減小”或“不變”)。精銅電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________。
3.冶煉銅礦石所獲得的銅通常含有鋅、鐵、鎳、銀、金和鉑等微量雜質(zhì),俗稱粗銅。工業(yè)上通常通過電解法除去這些
4、雜質(zhì)制得精銅,以提高銅的使用價值,擴(kuò)大銅的應(yīng)用范圍。(幾種金屬的相對原子質(zhì)量是:Fe-56,Ni-59,Cu-64,Zn-65,Ag-108,Au-197。)
請完成下列問題:
(1)一般來說,電解精煉銅的初始電解質(zhì)溶液里的陽離子是________,寫出銅的電解精煉過程中的陰極反應(yīng)式________________________________________________。
(2)如果轉(zhuǎn)移0.020 mol e-,下列說法中一定正確的是________。
①陰極質(zhì)量增加0.64 g ②陽極質(zhì)量減少0.64 g
③電解質(zhì)溶液的質(zhì)量保持不變 ④電解質(zhì)溶液的溫度保持不變
4.如圖所
5、示,U形管內(nèi)盛有100 mL 的溶液,按要求回答下列問題:
(1)打開K2,閉合K1,若所盛溶液為CuSO4溶液:則A為________極,A極的電極反應(yīng)式為______________________。若所盛溶液為KCl溶液,則B極的電極反應(yīng)式為________________。
(2)打開K1,閉合K2,若所盛溶液為滴有酚酞的NaCl溶液,則A電極附近可觀察到的現(xiàn)象是____________________,Na+移向________極(填A(yù)、B);總反應(yīng)化學(xué)方程式是____________________。
(3)如果要用電解的方法精煉粗銅,打開K1,閉合K2,電解液選用Cu
6、SO4溶液,則A電極的材料應(yīng)換成是________(填“粗銅”或“純銅”),反應(yīng)一段時間后電解質(zhì)溶液中Cu2+的濃度將會________(填“增大”、“減小”、“不變”)。
1.【答案】C
2.【答案】(1)負(fù)極 H2-2e-+2OH-===2H2O
(2)陽極 鐵極
(3)減小 Cu2++2e-===Cu
【解析】(1)通入氫氣的電極為負(fù)極,由于電解質(zhì)溶液是堿性的,所以該電極反應(yīng)式為H2-2e-+2OH-===2H2O。
(2)由于石墨電極與電源的正極連接,所以石墨電極為陽極,反應(yīng)一段時間后,在乙裝置中滴入酚酞溶液,溶液中的H+在陰極(Fe電極)放電,破壞了附近的水的
7、電離平衡,該區(qū)域的溶液顯堿性,因此鐵極的溶液先變紅。
(3)如果粗銅中含有鋅、銀等雜質(zhì),因?yàn)榇帚~中有活動性比Cu強(qiáng)的金屬失去電子,而得到電子的只有Cu2+,所以丙裝置中反應(yīng)一段時間,硫酸銅溶液濃度會減??;精銅電極上的電極反應(yīng)式為Cu2++2e-===Cu。
3.【答案】(1)H+和Cu2+ Cu2++2e-===Cu (2)①
【解析】電解精煉銅的電解質(zhì)溶液一般為用硫酸酸化了的硫酸銅溶液,其中的陽離子是H+和Cu2+。粗銅中Fe、Zn、Ni均有可能放電轉(zhuǎn)化為Fe2+、Zn2+、Ni2+,F(xiàn)e2+、Zn2+、Ni2+、H+和Cu2+中放電能力Cu2+最強(qiáng),所以在陰極上放電的只有Cu2+,當(dāng)
8、有0.020 mol e-轉(zhuǎn)移時陰極質(zhì)量增加×64 g·mol-1=0.64 g。
Ag和Au都不能放電,只是以固態(tài)單質(zhì)的形式沉積于電解糟的底部。Fe、Zn、Ni中,有相對原子質(zhì)量比Cu大的,也有相對原子質(zhì)量比Cu小的,且Fe、Zn、Ni的放電能力都強(qiáng)于Cu,首先在陽極上被溶解,因此陽極上放電的不只是銅,陽極質(zhì)量減少量不固定,電解質(zhì)溶液的質(zhì)量也不會保持不變。在電解精煉銅的過程中,能量轉(zhuǎn)化的形式主要是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,但也有電能轉(zhuǎn)化為熱能,電解質(zhì)溶液的溫度肯定會變化。
4.【答案】(1)負(fù) Zn-2e-===Zn2+ 2H2O+O2+4e-===4OH-
(2)A極上有氣泡,電極附近溶液變紅 A
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(3)純銅 減小