Question

電子工業(yè)常用FeCl₃溶液腐蝕印刷電路板上不需要的銅箔，最后得到含F(xiàn)eCl₃、FeCl₂雜質(zhì)的CuCl₂溶液．某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)下列方案，從該廢液中除去FeCl₃、FeCl₂雜質(zhì)，制取純凈的CuCl₂．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）在①步操作中使用了氧化劑，下列氧化劑中一定不能使用的是

 

A．Cl₂     B．NaClO     C．H₂O₂    D．KMnO₄      E．O₃
（2）②步操作中的“沉淀劑”可以是下列中的

 

A．NaOH   B．NH₃?H₂O  C．CuO     D．Cu₂（OH）₂CO₃  E．Fe₂O₃
用一種你選擇的沉淀劑，分步寫(xiě)出除去雜質(zhì)的離子方程式：

 

．
（3）最后將濾液在HCl氣流中蒸干，其目的是，如果將濾液直接加熱蒸干，最后得到的固體可能是．
（4）設(shè)常溫下各沉淀的溶度積近似為：Ksp[Cu（OH）₂]=10-20、Ksp[Fe（OH）₃]=10^-38、Ksp[Fe（OH）₂]=10^-16；通常，人們把濃度小于10^-5 mol/L的離子視為“不存在”．根據(jù)所給條件，完成下列問(wèn)題：
①如果該廢液中CuCl₂的濃度為1mol/L，在加沉淀劑時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH值范圍為：．
②如果對(duì)廢液不先用氧化劑，而是直接加入沉淀劑，帶來(lái)的后果是：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：

分析：從該廢液中除去FeCl₃、FeCl₂雜質(zhì)，制取純凈的CuCl₂工藝流程如下：加入氧化劑，將氯化亞鐵氧化為氯化鐵，加入沉淀劑調(diào)節(jié)溶液的PH使鐵離子形成氫氧化鐵沉淀，過(guò)濾，濾液為CuCl₂溶液，在HCl氣流中蒸干得到氯化銅．
（1）根據(jù)加入的氧化劑需氧化亞鐵離子，但不能引入雜質(zhì)影響制取純凈的CuCl₂；
（2）根據(jù)加入的沉淀劑能使鐵離子形成沉淀，且不引入新的雜質(zhì)分析解答；
（3）氯化銅中的銅離子易水解，在酸性環(huán)境下可以抑制水解，如果將濾液直接加熱蒸干，最后得到的固體可能是Cu（OH）₂（包含CuO）；
（4）①依據(jù)氫氧化銅飽和溶液中溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中的氫離子濃度計(jì)算pH；結(jié)合氫氧化鐵溶度積和殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol?L^-1時(shí)就認(rèn)為沉淀完全；
②如果對(duì)廢液不先用氧化劑，而是直接加入沉淀劑，帶來(lái)的后果是不能除去Fe²⁺或者雜質(zhì)除去時(shí)CuCl₂已完全沉淀而除去了；

解答： 解：（1）因亞鐵離子和次氯酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鐵、氯離子和鐵離子，6Fe²⁺+3ClO^-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3Cl^-+4Fe³⁺，生成氫氧化鐵，引入氯化鈉雜質(zhì)所以不選，因亞鐵離子和高錳酸鉀反應(yīng)MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，引入錳離子，所以不選，A．Cl₂ C．H₂O₂ E．O₃，氧化亞鐵離子不引入雜質(zhì)，所以能選，
故答案為：BD；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，試劑②應(yīng)為調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，且不能引入新的雜質(zhì)，可利用Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入沉淀劑使平衡右移，
A．氫氧化鈉不僅和鐵離子反應(yīng)形成沉淀，也和銅離子反應(yīng)形成沉淀，故A錯(cuò)誤；
B．氨水不僅和鐵離子反應(yīng)形成沉淀，也和銅離子反應(yīng)形成沉淀，故B錯(cuò)誤；
C．CuO難溶于水和H⁺反應(yīng)，CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O 溶液pH增大，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，不引入雜質(zhì)，故C正確；
D．Cu₂（OH）₂CO₃ 難溶于水，中和H⁺，Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑，溶液pH增大，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，不引入雜質(zhì)，故D正確；
E．Fe₂O₃難溶于水，無(wú)法除去溶于中的鐵離子，故E錯(cuò)誤；
故答案為：CD；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O 或Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑；
（3）氯化銅中的銅離子易水解，在干燥的HCl氣流中，抑制了CuCl₂水解，且?guī)ё逤uCl₂受熱產(chǎn)生的水汽，故能得到無(wú)水CuCl₂，如果將濾液直接加熱蒸干，最后得到的固體可能是Cu（OH）₂（包含CuO），
故答案為：抑制CuCl₂水解；Cu（OH）₂（包含CuO亦可）；
（4）①Cu（OH）₂的溶度積K_sp=1.0×10^-20，溶液中CuSO₄的濃度為1.0mol?L^-1，c（Cu²⁺）=1.0mol?L^-1；依據(jù)溶度積常數(shù)c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-20；c²（OH^-）=

1.0×10-20

1.0

=10^-20；得到c（OH^-）=10^-10mol/L，依據(jù)水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；求的c（H⁺）=10^-4mol/L，溶液pH=4，則Cu（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)溶液的pH為4；
殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol?L^-1時(shí)就認(rèn)為沉淀完全，F(xiàn)e（OH）₃的溶度積K_sp=1.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-38；c³（OH^-）=

1.0×10-38

1.0×10-5

=1.0×10^-33；求的c（OH^-）=1×10^-11mol/L；水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=1×10^-4mol/L，則pH=3；通過(guò)計(jì)算可知pH=4能達(dá)到除去Fe³⁺而不損失Cu²⁺的目的，
故答案為：3≤pH＜4；
②根據(jù)以上分析，如果對(duì)廢液不先用氧化劑，而是直接加入沉淀劑，帶來(lái)的后果是不能除去Fe²⁺或者雜質(zhì)除去時(shí)CuCl₂已完全沉淀而除去了，
故答案為：不能除去Fe²⁺或者雜質(zhì)除去時(shí)CuCl₂已完全沉淀而除去了；

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)工藝流程、元素化合物性質(zhì)等，掌握元素化合物的性質(zhì)、混合物的分離、提純方法是解決本題的關(guān)鍵，注意沉淀轉(zhuǎn)化的原理應(yīng)用，除雜的原理應(yīng)用，主要是溶解沉淀的轉(zhuǎn)化關(guān)系的分析應(yīng)用，題目難度中等．