Question

11．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．工業上用粗氧化銅（含Fe₂O₃、FeO、Cu₂O以及少量不溶性雜質）為原料制取氯化銅晶體（CuCl₂•2H₂O）的生產流程如圖1：

已知：Cu₂O在酸性環境中可以生成Cu²⁺和Cu
回答下列問題：．
（1）已知“浸渣”中不含銅單質，寫出Cu₂O在“鹽酸浸出”中發生反應的化學方程式：Fe₂O₃+Cu₂O+8HCl=2CuCl₂+2FeCl₂+4H₂O
（2）“鹽酸浸出”中，銅的浸出率與浸出時間的關系如圖2所示．由圖可得出如下變化規律：
①隨著浸出時間（0-2h）的增加，Cu的浸出率相應的增加
②浸出時間超過2h后，Cu的浸出率變化不明顯．
（3）“凈化除雜”需先加入ClO₂，其作用是（用離子方程式表示）5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O．然后再調節溶液的pH約為4，可選用的試劑是（填選項字母）BC．
A．CuSO₄     B．CuO    C．Cu₂（OH）₂CO₃ D．NH₃．H₂O
（4）“操作I”包含多步實驗基本操作，依次是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌和風干等．工業上常采用無水乙醇代替水進行洗滌的主要原因是防止CuCl₂•xH₂O溶解，且乙醇易揮發．
（5）為了測定制得的氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）中x值，稱取ag晶體，加入足量10%的氫氧化鈉溶液，過濾、洗滌后，用酒精燈加熱至質量不再減輕為止，冷卻、稱量所得固體質量為bg．計算得x=$\frac{80a-135b}{18b}$（用含a、b的代數式表示）．

Answer 1

分析 粗氧化銅（含Fe₂O₃、FeO、Cu₂O以及少量不溶性雜質）中加入稀鹽酸，已知“浸渣”中不含銅單質，說明CuO、Fe₂O₃、FeO、Cu₂O和稀鹽酸反應后的溶液中含有CuCl₂、FeCl₂，Cu₂O和稀鹽酸生成的Cu被鐵離子還原生成銅離子，“凈化除雜”需先加入ClO₂，二氧化氯具有強氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子，然后再調節溶液的pH約為4，調節溶液pH值時要消耗氫離子且不能引進新的雜質，然后過濾得到濾渣氫氧化鐵，濾液中含有氯化銅，從濾液中通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得到CuCl₂•xH₂O，
（1）Cu₂O在“鹽酸浸出”中和稀鹽酸、氧化鐵反應生成氯化銅、氯化亞鐵和水；
（2）根據反應時間與浸出率及曲線變化趨勢分析判斷；
（3）二氧化氯具有強氧化性，能氧化還原性離子；調節溶液pH值時加入的物質能和氫離子反應且不能引進新的雜質；
（4）從溶液中獲取晶體采用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾的方法；CuCl₂•xH₂O能溶于水不溶于乙醇，且乙醇易揮發；
（5）最終得到的固體是CuO，根據Cu原子守恒得關系式CuCl₂•xH₂O----CuO，根據關系式計算x值．

解答 解：粗氧化銅（含Fe₂O₃、FeO、Cu₂O以及少量不溶性雜質）中加入稀鹽酸，已知“浸渣”中不含銅單質，說明CuO、Fe₂O₃、FeO、Cu₂O和稀鹽酸反應后的溶液中含有CuCl₂、FeCl₂，Cu₂O和稀鹽酸生成的Cu被鐵離子還原生成銅離子，“凈化除雜”需先加入ClO₂，二氧化氯具有強氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子，然后再調節溶液的pH約為4，調節溶液pH值時要消耗氫離子且不能引進新的雜質，然后過濾得到濾渣氫氧化鐵，濾液中含有氯化銅，從濾液中通過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得到CuCl₂•xH₂O，
（1）Cu₂O在“鹽酸浸出”中和稀鹽酸、氧化鐵反應生成氯化銅、氯化亞鐵和水，反應方程式為Fe₂O₃+Cu₂O+8HCl=2CuCl₂+2FeCl₂+4H₂O，
故答案為：Fe₂O₃+Cu₂O+8HCl=2CuCl₂+2FeCl₂+4H₂O；
（2）根據圖象知，隨著浸出時間（0-2h）的增加，Cu的浸出率相應的增加；浸出時間超過2h后，Cu的浸出率變化不明顯，
故答案為：隨著浸出時間（0-2h）的增加，Cu的浸出率相應的增加；浸出時間超過2h后，Cu的浸出率變化不明顯；
（3）二氧化氯具有強氧化性，能氧化還原性離子亞鐵離子，離子方程式為5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O；調節溶液pH值時加入的物質能和氫離子反應且不能引進新的雜質，AD都引進雜質，只有BC能和氫離子反應且不引進雜質，
故答案為：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O；BC；
（4）從溶液中獲取晶體采用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾的方法；CuCl₂•xH₂O能溶于水不溶于乙醇，且乙醇易揮發，所以用乙醇洗滌不用水洗滌，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾；防止CuCl₂•xH₂O溶解，且乙醇易揮發；
（5）最終得到的固體是CuO，根據Cu原子守恒得關系式CuCl₂•xH₂O----CuO，
CuCl₂•xH₂O----CuO
135+18x           80
ag                   bg
（135+18x）：80=ag：bg
x=$\frac{80a-135b}{18b}$，
故答案為：$\frac{80a-135b}{18b}$．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及方程式的計算、氧化還原反應、除雜、分離提純等知識點，明確流程圖中發生的反應及物質性質是解本題關鍵，注意：除雜時不能引進新的雜質，側重考查學生分析判斷及計算能力，題目難度不大．