Question

15．銅是一種常見的金屬元素，其有多種用途廣泛的化合物．
I、氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，露置在空氣中迅速被氧化成堿式鹽．可用于一氧化碳、乙炔等氣體含量的測定．以粗銅（含Cu、Fe）為原料可制備純凈的CuCl，其流程如圖1：

（1）氣體X的化學式Cl₂，“酸溶”采用濃鹽酸的原因是抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質．
（2）“酸溶”所得溶液成分分析：c（CuCl₂）=5mol•L^-1，c（FeCl₃）=1mol•L^-1．已知：K_{ap（Fe（OH）3）}=4.0×10^-38，K_{ap（Cu（OH）2）}=4.8×10^-20，當溶液中金屬離子的濃度小于10^-5 mol•L^-1時可認為其沉淀完全，則上述流程中滴加NaOH溶液調節pH，其范圍約為3～4（數值取整數）．
（3）反應2的離子方程式為2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺．
（4）設計實驗提純析出的CuCl粗晶體：將CuCl粗晶體用蒸餾水洗滌后再用無水乙醇沖洗，最后真空烘干．
II、納米氧化亞銅（Cu₂O）可用作光電材料，可用電解法制得（如圖2）．酸性介質中Cu₂O不能穩定存在，潮濕的空氣中可緩慢被氧化成CuO．
（5）陽極的電極反應式為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（6）電解過程中從燒杯底部通入N₂，其可能的作用：
①攪動溶液，使OH^-迅速擴散；
②作為保護氣防止空氣中的氧氣氧化電解產生的Cu₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．以粗銅（含Cu、Fe）為原料可制備純凈的CuCl，其中鐵和銅于通入的氣體X為氯氣反應生成氯化鐵和氯化銅加入濃鹽酸酸溶后加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH除去氯化鐵，過濾得到濾液中通入二氧化硫反應生成CuCl沉淀，氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，露置在空氣中迅速被氧化成堿式鹽，用蒸餾水、乙醇洗滌在真空中干燥得到純凈的氯化亞銅，
（1）上述分析可知X為氯氣，酸溶抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質；
（2）結合溶度積常數計算鐵離子全部沉淀完全的PH和銅離子開始沉淀的PH分析PH范圍；
（3）反應2是氯化銅溶液中通入二氧化硫發生氧化還原反應，生成氯化亞銅沉淀；
（4）實驗提純析出的CuCl粗晶體，可以先蒸餾水洗滌，后用乙醇洗滌后干燥；
Ⅱ．（5）銅與電源正極連接，通電后銅失去電子在堿性溶液中生成氧化亞銅；
（6）酸性介質中Cu₂O不能穩定存在，潮濕的空氣中可緩慢被氧化成CuO，氮氣性質穩定可以起到保護氣的作用．

解答 解：Ⅰ．以粗銅（含Cu、Fe）為原料可制備純凈的CuCl，其中鐵和銅于通入的氣體X為氯氣反應生成氯化鐵和氯化銅加入濃鹽酸酸溶后加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH除去氯化鐵，過濾得到濾液中通入二氧化硫反應生成CuCl沉淀，氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，露置在空氣中迅速被氧化成堿式鹽，用蒸餾水、乙醇洗滌在真空中干燥得到純凈的氯化亞銅，
（1）上述分析可知氣體X為氯氣，鐵和銅于通入的氣體X為氯氣反應生成氯化鐵和氯化銅，“酸溶”采用濃鹽酸的原因是抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質，
故答案為：Cl₂；抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質；
（2）c（CuCl₂）=5mol•L^-1，c（FeCl₃）=1mol•L^-1．已知：K_ap（Fe（OH）₃）=4.0×10^-38，K_ap（Cu（OH）₂）=4.8×10^-20，當溶液中金屬離子的濃度小于時可認為其沉淀完全，鐵離子完全沉淀溶液的氫氧根離子濃度c³（OH^-）=$\frac{Ksp}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33，c（OH^-）=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$=1.6×10-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=-lg6.25×10^-4=4-0.8=3.2≈3，銅離子開始沉淀的溶液PH，K_ap（Cu（OH）₂）=4.8×10^-20=c（Cu²⁺）c²（OH^-）=5mol/L×c²（OH^-）=，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{4.8×1{0}^{-20}}{5}}$=$\sqrt{0.96×1{0}^{-20}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，PH=5-0.7=4.3，上述流程中滴加NaOH溶液調節pH，其范圍約為3～4，
故答案為：3～4；
（3）反應2是氯化銅溶液中通入二氧化硫發生氧化還原反應，生成氯化亞銅沉淀，反應的離子方程式為：2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，提純析出的CuCl粗晶體，可以先蒸餾水洗滌，后用乙醇洗滌后干燥，將CuCl粗晶體用蒸餾水洗滌后再用無水乙醇沖洗，最后真空烘干，
故答案為：將CuCl粗晶體用蒸餾水洗滌后再用無水乙醇沖洗，最后真空烘干；
Ⅱ．（5）裝置中分析可知，銅與電源正極連接為電解池的陽極，通電后陽極上銅失去電子在堿性溶液中生成氧化亞銅，電極反應為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（6）電解過程中從燒杯底部通入N₂，其可能的作用：攪動溶液，使OH^-迅速擴散，作為保護氣防止空氣中的氧氣氧化電解產生的Cu₂O，
故答案為：作為保護氣防止空氣中的氧氣氧化電解產生的Cu₂O．

點評 本題考查了物質分離提純、物質性質、溶度積常數的計算應用、電解池原理和電極反應書寫等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．