《2026年金考卷特快专递高中化学》

15. (14 分)铜阳极泥中主要含有 $Cu$、$Ag$、$Au$、$Pb$ 和 $As$ 等元素,其中 $As$ 元素以单质 $As$ 和 $As_2O_3$ 的形式存在。一种以铜阳极泥为原料脱砷并回收铜的工艺流程如图。
回答下列问题:
(1) “水浸”前需要对“低温碱熔”后的熔炼渣进行冷却和破碎,“破碎”的目的是增大固体表面积，加快水浸速率，使熔炼渣中水溶性的成分充分溶解。
(2) “低温碱熔”后砷元素以水溶性的 $NaAsO_2$ 形式存在,沉淀 2 的主要成分为 $Ca_5(AsO_4)_3OH$,则“砷氧化”时含砷微粒转化的离子方程式为AsO₂⁻+H₂O₂+2OH⁻=AsO₄³⁻+2H₂O;“砷固化”过程中理论上 $Ca(OH)_2$ 和 $H_2SO_4$ 的物质的量之比为10:9。
(3) “酸浸”时通入 $O_2$ 可提高 $Cu^{2+}$ 浸出率的原因是氧气氧化单质铜，促进铜的溶解,“酸浸”时发生反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O。
(4) 在相同温度下,不同纯物质的蒸气压之间存在较大差异,蒸气压越大的物质越容易挥发。利用这一原理,还可采用火法脱砷(铜阳极泥中各组分的饱和蒸气压如图所示)。
由图可知,火法脱砷较适宜的温度为a(填标号)。
a. $600 \sim 800 ° C$
b. $800 \sim 1 000 ° C$
c. $1 200 \sim 1 400 ° C$
(5) “沉铅”过程中 $Pb^{2+}$ 完全沉淀[$c(Pb^{2+}) ＜ 10^{-5} \mathrm{~mol} · \mathrm{L}^{-1}$],此时溶液中 $S^{2-}$ 浓度不低于8.0×10⁻²³$\mathrm{~mol} · \mathrm{L}^{-1}$ [已知 $PbS$ 的 $K_{sp} = 8.0 × 10^{-28}$]。

答案： 15.
(1)增大固体表面积，加快水浸速率，使熔炼渣中水溶性的成分充分溶解(2分)
(2)AsO₂⁻+H₂O₂+2OH⁻=AsO₄³⁻+2H₂O(2分)　　10:9 (2分)
(3)氧气氧化单质铜，促进铜的溶解(2分)　　2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O(2分)
(4)a(2分)
(5)8.0×10⁻²³(2分)
以铜阳极泥为原料脱砷并回收铜的工艺流程
(1)“水浸”前将熔炼渣进行破碎，可以增大固体表面积，加快“水浸”速率，并使熔炼渣中水溶性成分充分溶解。
(2)由题意知,“砷氧化”时AsO₂⁻转化为AsO₄³⁻,As化合价由+3升为+5,失2e⁻,则H₂O₂转化为H₂O,得2e⁻,根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒知,离子方程式为AsO₂⁻+H₂O₂+2OH⁻=AsO₄³⁻+2H₂O。“砷固化"过程中Ca(OH)₂转化为
Ca₅(AsO₄)₃OH,5molCa(OH)₂转化为1molCa₅(AsO₄)₃OH,根据原子守恒,产生9molOH⁻,则需消耗4.5molH₂SO₄,则
Ca(OH)₂、H₂SO₄的物质的量之比为5:4.5=10:9。
(3)铜阳极泥中Cu元素以单质Cu的形式存在，“酸浸”时将
Cu转化为Cu²⁺溶解在溶液中,以与贵金属分离，而通入O₂可氧化单质铜，促进铜的溶解,从而提高Cu²⁺浸出率。“酸浸”时发生反应的化学方程式为2Cu+O₂+2H₂SO₄=2CuSO₄+2H₂O。
(4)蒸气压越大的物质越容易挥发，温度为600~800℃时，As、
As₂O₃的饱和蒸气压较其他物质已大得多，为减少能耗，火法脱砷较适宜的温度为600~800℃,a项正确。
(5)根据PbS的K_{sp}=c(Pb²⁺)×c(S²⁻)=8.0×10⁻²⁸知,“沉铅"过程中Pb²⁺完全沉淀时[c(Pb²⁺)＜10⁻⁵mol·L⁻¹],溶液中c(S²⁻)＞$\frac{8.0×10⁻²⁸}{10⁻⁵}$mol·L⁻¹=8.0×10⁻²³mol·L⁻¹。