Question

2．用含少量鐵的氧化物的氧化銅制取氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）．有如下操作：

已知：在pH為4～5時(shí)，F(xiàn)e³⁺幾乎完全水解而沉淀，而此時(shí)Cu²⁺卻幾乎不水解．
（1）溶液A中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．能檢驗(yàn)溶液A中Fe²⁺的試劑為①（填編號(hào)，下同）     ①KMnO₄   ②（NH₄）₂S   ③NaOH   ④KSCN
（2）氧化劑可選用①④．
①Cl₂    ②KMnO₄     ③HNO₃    ④H₂O₂
（3）要得到較純的產(chǎn)品，試劑可選用③④⑤．
①NaOH      ②FeO     ③CuO      ④Cu（OH）₂   ⑤Cu₂（OH）₂CO₃
（4）欲測(cè)定溶液A中的Fe²⁺的濃度，實(shí)驗(yàn)前，首先要配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液250mL，配制時(shí)需要的儀器除天平、玻璃棒、燒杯、藥匙、膠頭滴管外，還需250mL容量瓶，下列滴定方式中（夾持部分略去），最合理的是b（填序號(hào)）

寫出滴定反應(yīng)的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
（5）為了測(cè)定制得的氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）中x的值，某興趣小組設(shè)計(jì)了兩種實(shí)驗(yàn)方案：（已知CuCl₂的摩爾質(zhì)量為135g/mol；H₂O的摩爾質(zhì)量為18g/mol）
方案一：稱取m g晶體灼燒至質(zhì)量不再減輕為止，冷卻、稱量所得無水CuCl₂的質(zhì)量為n₁g．
方案二：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(zhì)量不再輕為止，冷卻，稱量所得固體的質(zhì)量為n₂g．
試評(píng)價(jià)上述兩種實(shí)驗(yàn)方案：其中正確的方案是二，
據(jù)此計(jì)算得x=$\frac{80m-135{n}_{2}}{18{n}_{2}}$（用含m、n₁或n₂的代數(shù)式表示）．
（6）某同學(xué)想利用氯化鈉設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)裝置來電解飽和食鹽水，并檢驗(yàn)氯氣的氧化性和測(cè)定所產(chǎn)生的氫氣的體積（約8mL）．

試從上圖中選用幾種必要的儀器，連成一整套裝置，各種儀器接口的連接順序（填編號(hào)）是：A接G，F(xiàn)接I；B接D，E接C；
（7）若裝入的飽和食鹽水為75mL（氯化鈉足量，電解前后溶液體積變化可忽略，假設(shè)兩極產(chǎn)生的氣體全部逸出），當(dāng)測(cè)得氫氣為8.4mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）時(shí)停止通電．將U形管內(nèi)的溶液倒入燒杯，其pH約為12．

Answer 1

分析 用含少量鐵的氧化物的氧化銅加鹽酸溶解生成氯化銅、氯化鐵、氯化亞鐵，加氧化劑把亞鐵離子氧化為鐵離子，再調(diào)節(jié)pH，鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，過濾得到的濾液為氯化銅溶液，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到氯化銅晶體，
（1）亞鐵離子具有還原性，能被高錳酸鉀氧化為三價(jià)鐵，使高錳酸鉀褪色；
（2）加入氧化劑，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，易除去，除雜時(shí)，不能引入新的雜質(zhì)；
（3）在制取過程中，不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，據(jù)此來選擇合適的試劑；
（4）根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液所需儀器和高錳酸鉀的性質(zhì)來分析；
（5）CuCl₂•xH₂O晶體加熱時(shí)會(huì)發(fā)生水解；加熱沉淀至質(zhì)量不再減輕為止，ng為CuO質(zhì)量，根據(jù)銅元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），再結(jié)合m=nM計(jì)算x的值；
（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和裝置的作用來連接裝置；
（7）根據(jù)電解飽和食鹽水的方程式：計(jì)算NaOH的物質(zhì)的量濃度，然后求出氫離子的濃度，最后求出pH．

解答 解：（1）亞鐵離子具有還原性，能被高錳酸鉀氧化為三價(jià)鐵，使高錳酸鉀褪色，是檢驗(yàn)溶液A中Fe²⁺的最佳試劑，
故答案為：①；
（2）根據(jù)題意，加入氧化劑可把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，而沒有增加新雜質(zhì)，所以氧化劑為H₂O₂或是Cl₂，KMnO₄和HNO₃ 會(huì)引入雜質(zhì)離子；
故答案為：①④；
（3）得到較純的產(chǎn)品，需要調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，選擇的試劑可以是CuO、Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃，而①②均會(huì)引入雜質(zhì)離子；
故答案為：③④⑤；
（4）配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液需要的儀器有：天平、玻璃棒、燒杯、膠頭滴管、250mL容量瓶，高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，必須放在酸式滴定管中，滴定過程高錳酸根離子將亞鐵離子氧化為鐵離子，發(fā)生的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
故答案為：250mL容量瓶；b；5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
（5）CuCl₂•xH₂O晶體加熱時(shí)會(huì)發(fā)生水解CuCl₂+2H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，有HCl氣體放出，CuCl₂質(zhì)量偏小，測(cè)得x值偏大，
所以選擇方案二，氯化銅和氫氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化銅沉淀，加熱沉淀，氫氧化銅分解生成氧化銅，則ng為CuO質(zhì)量，物質(zhì)的量為：$\frac{{n}_{2}}{80}mol$，根據(jù)銅元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），所以mg=$\frac{{n}_{2}}{80}$mol×（135+18x）g/mol，解得，x=$\frac{80m-135{n}_{2}}{18{n}_{2}}$；
故答案為：二；$\frac{80m-135{n}_{2}}{18{n}_{2}}$；
（6）產(chǎn)生的氫氣的體積用排水量氣法，氫氣的體積（約8mL），所以需要用10mL的量筒，導(dǎo)管是短進(jìn)長(zhǎng)出，所以A接G，F(xiàn)接I，用裝有淀粉碘化鉀溶液的洗氣瓶檢驗(yàn)氯氣時(shí)，導(dǎo)管要長(zhǎng)進(jìn)短出，所以B接D，氯氣要進(jìn)行尾氣處理，即E接C；
故答案為：G、F、I；D、E、C；
（7）因電解飽和食鹽水的方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，當(dāng)產(chǎn)生的H₂的體積為8.4mL即0.000375mol時(shí)，生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.00075mol，所以溶液中NaOH的物質(zhì)的量濃度=$\frac{0.00075}{0.075}$═0.01mol/L，所以氫離子的濃度為$\frac{1×1{0}^{-14}}{0.01}$=1×10^-12mol/L，pH=12，
故答案為：12．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氯化銅晶體的制取實(shí)驗(yàn)流程，涉及氧化還原反應(yīng)、亞鐵離子的檢驗(yàn)、物質(zhì)含量的測(cè)得、除雜質(zhì)、電解池原理等，題目難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用信息解決問題的能力，注意基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握．