Question

10．CuCl₂、CuCl是重要的化工原料，廣泛地用作有機合成催化劑．實驗室中以粗銅（含雜質Fe）為原料，一種制備銅的氯化物的流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）如圖2裝置進行反應①，導管a通入氯氣（夾持儀器和加熱裝置省略）．觀察到的現象是試管內有棕色煙產生，寫出銅與氯氣反應的化學方程式Cu+Cl₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CuCl₂．
（2）上述流程中固體K溶于稀鹽酸的目的是避免Cu²+水解．試劑X、固體J的物質分別為c．
a．NaOH   Fe（OH）₃ b．NH₃•H₂O  Fe（OH）₂
c．CuO    Fe（OH）₃    d．CuSO₄     Cu（OH）₂
（3）反應②是向溶液2中通入一定量的SO₂，加熱一段時間后生成CuCl白色沉淀．寫出制備CuCl的離子方程式2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺．
（4）反應后，如圖盛有NaOH溶液的廣口瓶中溶液具有漂白、消毒作用，若用鋼鐵（含Fe、C）制品盛裝該溶液會發生電化學腐蝕，鋼鐵制品表面生成紅褐色沉淀，溶液會失去漂白、殺菌消毒功效．該紅褐色沉淀的主要化學式是Fe（OH）₃．該腐蝕過程的正極反應式為ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．
（5）以石墨為電極，電解CuCl₂溶液時發現陰極上也會有部分CuCl析出，寫出此過程中陰極上的電極反應式Cu²⁺+e^-+Cl^-=CuCl．

Answer 1

分析 粗銅（含雜質Fe）與氯氣反應生成氯化鐵和氯化銅，加稀鹽酸溶解，形成氯化鐵和氯化銅溶液，同時抑制氯化銅、氯化鐵水解，溶液1中加入X調節溶液pH，得到溶液乙，經過系列操作得到CuCl₂•2H₂O，故溶液2為CuCl₂溶液，則調節pH目的是使溶液中鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，試劑X可以為CuO、氫氧化銅等，結合題目信息可知，氯化銅溶液，加少量鹽酸，抑制氯化銅水解，再蒸發濃縮、冷卻結晶得到CuCl₂•2H₂O，再經過過濾、洗滌、干燥得到純凈的晶體．
（1）銅在氯氣中燃燒產生棕色氯化銅煙；
（2）氯化銅、氯化鐵在溶液中會發生水解，銅鹽水解生成氫氧化銅，保持溶液呈強酸性，避免銅離子水解損失，調節pH目的是使溶液中鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀；
（3）銅離子是氧化劑，SO₂是還原劑，生成CuCl和SO₄^2-；
（4）氫氧化鈉溶液吸收氯氣，生成有次氯酸鈉，生鐵在次氯酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液中發生電化學腐蝕，碳等雜質為正極，鐵為負極，正極發生還原反應，負極發生氧化反應，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，正極上ClO^-得電子生成Cl^-；
（5）Cu²⁺在陰極上得電子，銅元素的化合價可以降至+1價、0價，部分CuCl析出是Cu²⁺得到電子生成CuCl，結合電荷守恒配平書寫電極反應．

解答 解：（1）銅在氯氣中燃燒生成固體氯化銅，觀察到棕黃色的煙，反應為：Cu+Cl₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CuCl₂，
故答案為：試管內有棕色煙產生；Cu+Cl₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CuCl₂；
（2）氯化銅、氯化鐵中的金屬離子易水解，直接用水溶液配制溶液會產生渾濁，所以加入過量的鹽酸來溶解氯化銅、氯化鐵，以抑制氯化銅、氯化鐵水解；用于調節pH以除去溶液1雜質可加試劑具有與酸反應，且不引入Cu²⁺之外的離子，故用CuO或Cu₂（OH）或Cu₂（OH）₂CO₃，調節pH目的是使溶液中鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，且不能引入新雜質，
故答案為：避免Cu²⁺水解；c；
（3）根據信息可知：在加熱條件下，SO₂與銅離子反應生成CuCl白色沉淀和SO₄^2-，其反應的離子方程式為：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氫氧化鈉溶液吸收氯氣，生成有次氯酸鈉，生鐵在次氯酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液中發生電化學腐蝕，碳等雜質為正極，鐵為負極．負極的電極反應式為Fe-2e^-=Fe²⁺，Fe²⁺+2OH-=Fe（OH）₂，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，正極的電極反應式為ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，
故答案為：Fe（OH）₃；ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（5）以石墨為電極，電解CuCl₂溶液時發現陰極上也會有部分CuCl析出，陰極上是得到電子發生還原反應，Cu²⁺得到電子生成CuCl，電極反應為：Cu²⁺+e^-+Cl^-=CuCl，
故答案為：Cu²⁺+e^-+Cl^-=CuCl．

點評 本題以實驗室制備氯化銅為背景，考查了物質的制備實驗操作、離子檢驗、除雜質、離子方程式的書寫、原電池原理的應用等，題目涉及的知識點較多，側重于基礎知識的綜合應用的考查，題目難度中等．