以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS2，含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验将精选黄铜

Question

以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：
Ⅰ.将黄铜矿精矿(主要成分为CuFeS ₂ ，含有少量CaO、MgO、Al ₂ O ₃ )粉碎。
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验

将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区，恒速搅拌，使矿粉溶解。在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂(RH)发生反应：2RH(有机相)＋Cu ^{2 ＋} (水相) R ₂ Cu(有机相)＋2H ^＋ (水相)
分离出有机相，向其中加入一定浓度的硫酸，使Cu ^{2 ＋} 得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
（1）黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：
CuFeS ₂ ＋4H ^＋ =Cu ^{2 ＋} ＋Fe ^{2 ＋} ＋2H ₂ S
2Fe ^{3 ＋} ＋H ₂ S=2Fe ^{2 ＋} ＋S↓＋2H ^＋
①阳极区硫酸铁的主要作用是____________。
②电解过程中，阳极区Fe ^{3 ＋} 的浓度基本保持不变，原因是______________________。
（2）阴极区，电极上开始时有大量气泡产生，后有固体析出，一段时间后固体溶解。写出上述现象对应的反应式____________________。
（3）若在实验室进行步骤Ⅲ，分离有机相和水相的主要实验仪器是__________；加入有机萃取剂的目的是__________。
（4）步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu ^{2 ＋} 得以再生的原理是____________。
（5）步骤Ⅳ，若电解200 mL 0.5 mol·L ^－1 的CuSO ₄ 溶液，生成铜3.2 g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是__________。

Answer 1

（1）①吸收硫化氢气体，防止环境污染
②Fe ^{2 ＋} －e ^－ =Fe ^{3 ＋}
（2）2H ^＋ ＋2e ^－ =H ₂ ↑、Cu ^{2 ＋} ＋2e ^－ =Cu、2Cu＋O ₂ ＋2H ₂ SO ₄ =2CuSO ₄ ＋2H ₂ O
（3）分液漏斗　富集Cu ^{2 ＋} 、分离Cu ^{2 ＋} 与其它金属阳离子
（4）增大H ^＋ 浓度，使平衡2RH(有机相)＋Cu ^{2 ＋} (水相)??R ₂ Cu(有机相)＋2H ^＋ (水相)逆向移动，Cu ^{2 ＋} 进入水相得以再生
（5）c(H ^＋ )＞c(SO ₄ ^2- )＞c(Cu ^{2 ＋} )＞c(OH ^－ )

（1）根据2Fe ^{3 ＋} ＋H ₂ S=2Fe ^{2 ＋} ＋S↓＋2H ^＋ ，可判断Fe ₂ (SO ₄ ) ₃ 的主要作用是氧化H ₂ S气体，防止H ₂ S对环境的污染，当Fe ^{3 ＋} 被H ₂ S还原为Fe ^{2 ＋} 后，在阳极上Fe ^{2 ＋} －e ^－ =Fe ^{3 ＋} ，使Fe ^{3 ＋} 的浓度基本保持不变。
（2）在阴极上，2H ^＋ ＋2e ^－ =H ₂ ↑，然后Cu ^{2 ＋} ＋2e ^－ =Cu，接着在酸性条件下，Cu被O ₂ 氧化成CuO，CuO和H ₂ SO ₄ 反应生成CuSO ₄ 。
（3）有机相和水相不混溶，所以应用分液漏斗分离，由于Cu ^{2 ＋} 在有机相中，所以加入有机萃取剂可富集Cu ^{2 ＋} 。
（4）利用化学平衡移动原理解释。
（5）2CuSO ₄ ＋2H ₂ O 2Cu＋2H ₂ SO ₄ ＋O ₂ ↑
0.05 mol  0.05 mol
所以n(H ^＋ )＝0.1 mol
由于Cu ^{2 ＋} 的水解，所以n(Cu ^{2 ＋} )＜0.05 mol，n(H ^＋ )＞0.1 mol。
所以c(H ^＋ )＞c(SO ₄ ^2- )＞c(Cu ^{2 ＋} )＞c(OH ^－ )。