Question

13．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）按如圖1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①②（填編號）
①KMnO₄②K₃[Fe（CN）₆]③NaOH   ④KSCN
為了更完全的沉淀，試劑X為H₂O₂．
（2）試劑a是鹽酸，加入需過量的原因是充分反應，抑制Cu²⁺水解．試劑Y用于調節pH以除去雜質，Y可選用下列試劑中的cd（填序號）．
a．NaOH   b．NH₃•H₂O   c．CuO   d．Cu₂（OH）₂CO₃   e．CuSO₄
調節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．得到固體2的操作是過濾．
（3）實驗室采用如圖2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）．
①儀器A的名稱是分液漏斗．
②引發B中反應的操作是打開分液漏斗上口玻璃塞，旋開分液漏斗活塞，緩慢滴加，并用酒精燈加熱B裝置．裝置B中發生反應的離子方程式是MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（4）在溶液2轉化為CuCl₂•xH₂O的操作過程中，發現溶液顏色由藍色變為綠色．欲探究其原因．已知：在氯化銅溶液中有如下轉化關系：
Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2-（aq）+4H₂O（l）
               藍色                                                黃色
①上述反應的化學平衡常數表達式是K=$\frac{c（CuC{l}_{4}{\;}^{2-}）}{c[Cu（H{\;}_{2}O）{\;}_{4}{\;}^{2+}]•{c}^{4}（C{l}^{-}）}$．若增大氯離子濃度，K值不變（填“增大”、“減小”或“不變”）
②取氯化銅晶體配制成藍綠色溶液Y，進行如下實驗，其中能夠證明CuCl_2溶液中有上述轉化關系的是abc（填序號）．
a．將Y稀釋，發現溶液呈藍色            b．在Y中加入CuCl₂晶體，溶液變為綠色
c．在Y中加入NaCl固體，溶液變為綠色   d．取Y進行電解，溶液顏色最終消失
（5）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
（6）為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，根據實驗數據測得x=$\frac{80m-135n}{18n}$（用含m、n的代數式表示）

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；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；得到固體2的操作是將不溶固體與液體進行分離；
（3）B裝置中二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯氣，C裝置干燥氯氣，D裝置中粗銅（Fe、Cu的混合物）與氯氣反應生成CuCl₂和FeCl₃，多于的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收，以防污染空氣，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）①平衡常數為生成物濃度化學計量數次數冪乘積與反應物濃度化學計量數次數冪乘積的比值；
平衡常數只受溫度影響，與離子濃度無關；
②稀溶液中以Cu（H₂O）₄²⁺為主，呈藍色，濃溶液中以CuCl₄^2-為主，呈黃色，一定濃度下呈藍綠色，結合平衡移動原理分析；
（5）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
（6）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⁺，故正確；
②Fe²⁺能與K₃[Fe（CN）₆]反應得到藍色鐵氰化亞鐵藍色沉淀，故正確；
③鐵離子、銅離子均與NaOH反應生成沉淀，影響亞鐵離子檢驗，故錯誤；
④鐵離子與KSCN反應，溶液呈紅色，不能檢驗Fe²⁺，故錯誤；
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：①②；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PH值，引入硫酸根離子，故e錯誤；
調節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；
得到固體2的操作是將不溶固體與液體進行分離，應采取過濾操作，
故答案為：鹽酸；充分反應，抑制Cu²⁺水解；cd；使溶液中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀；過濾；
（3）B裝置中二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應生成氯氣，C裝置干燥氯氣，D裝置中粗銅（Fe、Cu的混合物）與氯氣反應生成CuCl₂和FeCl₃，多于的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收，以防污染空氣，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．
①儀器A是分液漏斗，故答案為：分液漏斗；
②引發B中反應的操作是：打開分液漏斗上口玻璃塞，旋開分液漏斗活塞，緩慢滴加，并用酒精燈加熱B裝置；裝置B中制取氯氣，二氧化錳與濃鹽酸發生反應生成氯化錳、氯氣、水，反應離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：打開分液漏斗上口玻璃塞，旋開分液漏斗活塞，緩慢滴加，并用酒精燈加熱B裝置；MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（4）①Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2-（aq）+4H₂O（l）的平衡常數為K=$\frac{c（CuC{l}_{4}{\;}^{2-}）}{c[Cu（H{\;}_{2}O）{\;}_{4}{\;}^{2+}]•{c}^{4}（C{l}^{-}）}$，
平衡常數只受溫度影響，與離子濃度無關，增大氯離子濃度，K值不變，
故答案為：$\frac{c（CuC{l}_{4}{\;}^{2-}）}{c[Cu（H{\;}_{2}O）{\;}_{4}{\;}^{2+}]•{c}^{4}（C{l}^{-}）}$；不變；
②a．將Y稀釋，平衡向左反應移動，溶液呈藍色，可以能夠證明CuCl₂溶液中轉化關系，故a正確；
b．在Y中加入CuCl₂晶體，溶液中Cu（H₂O）₄²⁺濃度增大，平衡向右移動，溶液變為綠色，可以能夠證明CuCl₂溶液中轉化關系，故b正確；
c．在Y中加入NaCl固體，溶液中氯離子濃度增大，平衡向右移動，溶液變為綠色，可以能夠證明CuCl₂溶液中轉化關系，故c正確；
d．取Y進行電解，銅離子放電，溶液顏色最終消失，不能可以能夠證明CuCl₂溶液中轉化關系，故d錯誤．
故選：abc；
（5）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；
（6）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．