Question

11．氯化銅是一種廣泛用于生產顏料、木材防腐劑等的化工產品．某研究小組用粗銅（含雜質Fe）按下述流程制備氯化銅晶體（CuCl₂•2H₂O），已知氯化銅易溶于水，難溶于乙醇．

（1）溶液1中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．能檢驗溶液1中Fe²⁺的試劑②（填編號）．
①KMnO₄    ②K₃[Fe（CN）₆]③NaOH      ④KSCN
為了更完全的沉淀，試劑X為H₂O₂．
（2）試劑Y用于調節(jié)pH以除去雜質，Y可選用下列試劑中的（填序號）cd．
a．NaOH    b．NH₃•H₂O    c．CuO    d．Cu₂（OH）₂CO₃    e．CuSO₄
調節(jié)pH至4～5的原因是使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀．
（3）實驗室采用如下圖所示的裝置，可將粗銅與Cl₂反應轉化為固體1（部分加熱和夾持裝置已略去）．

有同學認為應在濃硫酸洗氣瓶前增加吸收HCl的裝置，你認為是否必要（填“是”或“否”）否，理由是HCl不參與反應，且能抑制Cu²⁺水解．
（4）實驗所需480mL10mol/L濃HCl配制時用到的玻璃儀器有量筒、玻璃棒、燒杯、膠頭滴管、500mL容量瓶．
（5）該裝置存在缺陷，請寫出：缺少防止倒吸裝置安全瓶．
（6）得到CuCl₂•xH₂O晶體最好采用的干燥方式是D．
A．空氣中加熱蒸干
B．空氣中低溫蒸干
C．HCl氣流中加熱烘干
D．HCl氣流中低溫烘干
（7）為了測定制得的氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）中x的值，某興趣小組設計了以下實驗方案：稱取m g晶體溶于水，加入足量氫氧化鈉溶液、過濾、沉淀洗滌后用小火加熱至質量不再輕為止，冷卻，稱量所得黑色固體的質量為ng．沉淀洗滌的操作方法是向過濾器中加入水至完全浸沒沉淀，過濾，重復2～3次，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)測得x=$\frac{80m-135n}{18n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 粗銅中含有Fe，與氯氣反應生成CuCl₂和FeCl₃，為防止水解，應加入過量的稀鹽酸進行溶解，并保證金屬完全反應，溶液1中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，應為H₂O₂，還原得到水，是綠色氧化劑，通過調節(jié)pH，使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾分離，且加入Y可以消耗氫離子且不能引入新雜質，可以為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃．濾液經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到CuCl₂•2H₂O，
（1）Fe²⁺具有還原性，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但要考慮溶液里Cl^-對Fe²⁺的干擾；能與K₃[Fe（CN）₆]反應得到藍色鐵氰化亞鐵藍色沉淀；加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，最好應為H₂O₂；
（2）調節(jié)pH至4～5之間，液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀，過濾分離；
（3）由于HCl不影響氯氣和粗銅的反應的產物，且可以抑制氯化銅水解，氯氣中混有的HCl不需要除去；
（4）實驗所需480mL10mol/L濃HCl配制時用到的玻璃儀器有：量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、500mL容量瓶；
（5）該裝置缺少防止倒吸裝置，在D、E之間添加防倒吸的安全瓶；
（6）CuCl₂•xH₂O晶體加熱容易分解，且氯化銅易水解，應在HCl氣流中低溫烘干；
（7）氯化銅溶液中加入足量氫氧化鈉溶液、過濾得到沉淀為氫氧化銅，沉淀洗滌的操作方法是：向過濾器中加入水至完全浸沒沉淀，過濾，重復2～3次；
氫氧化銅加熱分解所得黑色固體的質量ng為CuO，根據(jù)Cu元素守恒計算CuCl₂•xH₂O的物質的量，再結合m=nM計算x的值．

解答 解：粗銅中含有Fe，與氯氣反應生成CuCl₂和FeCl₃，為防止水解，應加入過量的稀鹽酸進行溶解，并保證金屬完全反應，溶液1中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，應為H₂O₂，還原得到水，是綠色氧化劑，通過調節(jié)pH，使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾分離，且加入Y可以消耗氫離子且不能引入新雜質，可以為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃．濾液經過加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到CuCl₂•2H₂O．
（1）①Fe²⁺具有還原性，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，用高錳酸鉀溶液可以檢驗Fe²⁺，但溶液里存在的Cl^-也能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故①錯誤；
②Fe²⁺能與K₃[Fe（CN）₆]反應得到鐵氰化亞鐵藍色沉淀，故②正確；
③鐵離子、銅離子均與NaOH反應生成沉淀，影響亞鐵離子檢驗，故③錯誤；
④鐵離子與KSCN反應，溶液呈紅色，不能檢驗Fe²⁺，故④錯誤；
加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，X應為H₂O₂，還原得到水，是綠色氧化劑，
故答案為：②；H₂O₂；
（2）由上述分析可知，試劑X為鹽酸，加入過量的鹽酸，充分反應，抑制Cu²⁺水解；
加入Y可以消耗氫離子調節(jié)溶液pH，使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾分離，且不能引入新雜質，
a．NaOH引入雜質鈉離子，故a錯誤；
b．NH₃•H₂O 引入銨根離子，故b錯誤；
c．CuO可以調節(jié)PH值，除去雜質，過量的CuO過濾除去，不引入雜質，故c正確；
d．Cu₂（OH）₂CO₃ 可以調節(jié)PH值，除去雜質，過量的Cu₂（OH）₂CO₃ 過濾除去，不引入雜質，故d正確；
e．CuSO₄不能調節(jié)PH值，引入硫酸根離子，故e錯誤；
調節(jié)pH至4～5之間，使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀，
故答案為：cd；使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀；
（3）HCl對反應沒有影響，且可以抑制氯化銅水解，不需要在濃硫酸洗氣瓶前增加吸收HCl的裝置，
故答案為：否；HCl不參與反應，且能抑制Cu²⁺水解；
（4）實驗所需480mL10mol/L濃HCl配制時用到的玻璃儀器有：量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、500mL容量瓶，
故答案為：膠頭滴管、500mL容量瓶；
（5）該裝置缺少防止倒吸裝置，在D、E之間添加防倒吸的安全瓶，
故答案為：缺少防止倒吸裝置安全瓶；
（6）CuCl₂•xH₂O晶體加熱容易分解，且氯化銅易水解，應在HCl氣流中低溫烘干，
故答案為：D；
（7）氯化銅溶液中加入足量氫氧化鈉溶液、過濾得到沉淀為氫氧化銅，沉淀洗滌的操作方法是：向過濾器中加入水至完全浸沒沉淀，過濾，重復2～3次；
氫氧化銅加熱分解所得黑色固體的質量ng為CuO，根據(jù)Cu元素守恒：n（CuCl₂•xH₂O）=n（CuO）=$\frac{n}{80}$mol，則：$\frac{n}{80}$mol×（135+18x）=mg，解得x=$\frac{80m-135n}{18n}$，
故答案為：向過濾器中加入水至完全浸沒沉淀，過濾，重復2～3次；$\frac{80m-135n}{18n}$．

點評 本題考查化學工藝流程及實驗制備，涉及對實驗裝置與操作及試劑的分析評價、物質分離提純、化學平衡移動、化學計算等，要求學生具備扎實的基礎與綜合運用能力，難度很大．