Question

10．氯化亞銅（CuCl）是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會被迅速氧化成綠色堿式鹽．從酸性電鍍廢液（主要含Cu²⁺、Fe³⁺）中制備氯化亞銅的工藝流程圖1如下

金屬離子含量與混合液pH、CuCl產率與混合液pH的關系圖如圖2．
【已知：金屬離子濃度為1 mol•L-1時，Fe（OH）₃開始沉淀和沉淀完全的pH分別為1.4和3.0，Cu（OH）₂開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.2和6.7】請回答下列問題：
（1）酸浸時發生反應的離子方程式是Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；析出CuCl晶體時的最佳pH在3左右．
（2）鐵粉、氯化鈉、硫酸銅在溶液中反應生成CuCl的離子反應方程式為2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺．
（3）析出的CuCl晶體要立即用無水乙醇洗滌，在真空干燥機內于70℃干燥2h、冷卻密封包裝．70℃真空干燥、密封包裝的目的是加快乙醇和水的蒸發，防止CuCl被空氣氧化
（4）產品濾出時所得濾液的主要分成是Na₂SO₄和FeSO₄，若想從濾液中獲取FeSO₄•7H₂O晶體，還需要知道的是不同溫度下硫酸鈉和硫酸亞鐵的溶解度．
（5）若將鐵粉換成亞硫酸鈉也可得到氯化亞銅，試寫出該反應的化學方程式：2CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄．為提高CuCl的產率，常在該反應體系中加入稀堿溶液，調節pH至3.5．這樣做的目的是OH^-中和了反應中的H⁺，有利于平衡向右移動，提高CuCl的產率．但當OH^-濃度過大時，Cu⁺能與OH^-結合，生成氫氧化亞銅，從而降低了CuCl的產率．

Answer 1

分析 電鍍廢液中加入堿可生成Cu（OH）₂、Fe（OH）₃沉淀，在pH約為4時，用酸浸得到硫酸銅溶液和氫氧化鐵沉淀，在硫酸銅溶液中加入氯化鈉、鐵，發生氧化還原反應生成CuCl，發生2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺，最后所得濾液為硫酸亞鐵，結合CuCl的性質和題目要求解答該題．
（1）在pH約為4時，用酸浸得到硫酸銅溶液和氫氧化鐵沉淀，說明氫氧化銅被酸溶解，由圖2可知，析出CuCl沉淀的最佳pH應為CuCl的產率最大，且氫氧化鐵雜質較少，應約為3左右；
（2）在硫酸銅溶液中加入氯化鈉、鐵，發生氧化還原反應生成CuCl，發生2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺，故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺；
（3）由題給信息可知CuCl微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會被迅速氧化，為防止氧化應隔絕空氣，在干燥、真空環境中可加快乙醇和水的蒸發；
（4）產品濾出時所得濾液的主要分成是Na₂SO₄和FeSO₄；獲取FeSO₄•7H₂O晶體，還需要知道的是硫酸鈉和硫酸亞鐵溶解度隨溫度的變化的情況；
（5）若將鐵粉換成亞硫酸鈉是亞硫酸鈉作為還原劑，失電子，反應方程式為：2 CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2 Na₂SO₄+H₂SO₄，加入稀堿溶液消耗氫離子，從平衡正向移動，有利于氯化亞銅的產生，而當氫氧根離子濃度大到一定程度時以達到氫氧化銅的溶度積分析解答．

解答 解：（1）在pH約為4時，用酸浸得到硫酸銅溶液和氫氧化鐵沉淀，說明氫氧化銅被酸溶解，反應的離子方程式為Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，由圖2可知，析出CuCl沉淀的最佳pH應為CuCl的產率最大，且氫氧化鐵雜質較少，應約為3左右，故答案為：Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；3；
（2）在硫酸銅溶液中加入氯化鈉、鐵，發生氧化還原反應生成CuCl，發生2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺，故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺；
（3）由題給信息可知CuCl微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會被迅速氧化，為防止氧化應隔絕空氣，在干燥、真空環境中可加快乙醇和水的蒸發，
故答案為：加快乙醇和水的蒸發，防止CuCl被空氣氧化；
（4）產品濾出時所得濾液的主要分成是Na₂SO₄和FeSO₄；獲取FeSO₄•7H₂O晶體，還需要知道的是硫酸鈉和硫酸亞鐵溶解度隨溫度的變化的情況，
故答案為：Na₂SO₄和FeSO₄；不同溫度下硫酸鈉和硫酸亞鐵的溶解度；
（5）亞硫酸鈉作為還原劑，失電子，發生氧化還原反應，反應方程式為：2 CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2 Na₂SO₄+H₂SO₄，加入稀堿溶液消耗氫離子，從平衡正向移動，有利于氯化亞銅的產生，而當氫氧根離子濃度大到一定程度時以達到氫氧化銅的溶度積，所以又析出氫氧化銅，所以調節pH至3.5，
故答案為：2CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2 Na₂SO₄+H₂SO₄；OH^-中和了反應中的H⁺，有利于平衡向右移動，提高CuCl的產率．但當OH^-濃度過大時，Cu⁺能與OH^-結合，生成氫氧化亞銅，從而降低了CuCl的產率．

點評 本題考查制備方案的設計，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，注意把握題給信息，答題時注意審題，把握自學能力的培養，難度中等．