Question

20．氯化亞銅（CuCl）常用作有機合成工業中的催化劑，在空氣中迅速被氧化成綠色；見光則分解，變成褐色．如圖是工業上用制作印刷電路的廢液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）生產CuCl的流程：

根據以上信息回答下列問題：
（1）寫出生產過程中XFe  YHCl（填化學式）．
（2）寫出產生CuCl的化學方程式CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄．
（3）在CuCl的生成過程中理論上不需要補充SO₂氣體，結合化學方程式和必要的文字說明理由Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反應中生成的CuSO₄和 SO₂為1：1，所以理論上不需要補充SO₂氣體．
（4）在CuCl的生成過程中除環境問題、安全問題外，你認為還應該注意的關鍵問題是生產中應防止CuCl的氧化和見光分解，減少產品CuCl的損失．
（5）實驗探究pH對CuCl產率的影響如下表所示：

pH	1	2	3	4	5	6	7
CuCl產率	70	90	82	78	75	72	70

析出CuCl晶體最佳pH為2，當pH較大時CuCl產率變低原因是pH較大時，Cu²⁺水解程度增大，反應生成CuCl減少．
（6）氯化亞銅的定量分析：
①稱取樣品0.25g和10mL過量的FeCl₃溶液250mL于錐形瓶中，充分溶解．
②用0.10mol•L^-1硫酸鈰[Ce（SO₄）₂]標準溶液滴定．已知：CuCl+FeCl₃=CuCl₂+FeCl₂、Fe²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺．三次平行實驗結果如下（平行實驗結果相差不能超過1%）：

平行實驗次數	1	2	3
0.25g樣品消耗硫酸鈰標準溶液的體積（mL）	24.35	24.05	23.95

則樣品中CuCl的純度為95.5%（結果保留三位有效數字）．

Answer 1

分析 要利用制作印刷電路的廢液制備氯化亞銅，首先應制備并分離出銅，向工業上以制作印刷電路的廢液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入過量的鐵粉，三價鐵離子與鐵粉反應轉化為二價鐵離子，銅離子與鐵反應生成銅，然后過濾，濾渣為過量的鐵和生成的銅，依據銅與鐵活潑性，將濾渣溶于鹽酸，銅與鹽酸不反應，過濾得到濾渣即為銅，然后銅與濃硫酸反應生成硫酸銅和二氧化硫，銅與氯氣反應生成氯化銅，硫酸銅、二氧化硫、氯化銅反應生成氯化亞銅．
（1）印刷電路的廢液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入鐵，三價鐵離子能夠原鐵反應生成二價鐵離子，銅離子能夠與鐵反應生成銅；過濾后濾渣中含有銅和鐵，依據銅和鐵的活潑性，加入鹽酸分離二者；
（2）依據圖示可知：CuCl₂、CuSO₄、SO₂、H₂O反應生成H₂SO₄、CuCl，依據得失電子守恒配平方程式；
（3）依據圖示可知：銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫的物質的量之比為1：1，而產生CuCl的化學方程式中硫酸銅、二氧化硫物質的量之比恰好為1：1；
（4）依據氯化亞銅具有還原性，易被氧化而變質，具有見光分解的性質解答；
（5）依據圖表CuCl產率可知PH=2產率最大，當pH較大時CuCl產率變低，Cu²⁺水解程度增大，生成的氯化亞銅少；
（6）依據方程式中各反應物量之間的關系計算CuCl的純度，CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂，Fe²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，CuCl～Ce⁴⁺，所給數據及平行實驗結果相差不能超過1%，體積為24.35mL，誤差大舍去．

解答 解：向工業上以制作印刷電路的廢液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入過量的鐵粉，三價鐵離子與鐵粉反應轉化為二價鐵離子，銅離子與鐵反應生成銅，然后過濾，濾渣為過量的鐵和生成的銅，依據銅與鐵活潑性，將濾渣溶于鹽酸，銅與鹽酸不反應，過濾得到濾渣即為銅，然后銅與濃硫酸反應生成硫酸銅和二氧化硫，銅與氯氣反應生成氯化銅，硫酸銅、二氧化硫、氯化銅反應生成氯化亞銅．
（1）印刷電路的廢液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入鐵，三價鐵離子能夠原鐵反應生成二價鐵離子，銅離子能夠與鐵反應生成銅，過濾后濾渣中含有銅和鐵，加入鹽酸，鐵與鹽酸反應生成氯化亞鐵，銅與鹽酸不反應，將銅分離出來；
故答案為：Fe；HCl；
（2）依據圖示可知：CuCl₂、CuSO₄、SO₂、H₂O反應生成H₂SO₄、CuCl，依據得失電子守恒其方程式為：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄；
故答案為：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄；
（3）依據圖示可知：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反應中生成的CuSO₄和 SO₂為1：1，所以理論上不需要補充SO₂氣體；
故答案為：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反應中生成的CuSO₄和 SO₂為1：1，所以理論上不需要補充SO₂氣體；
（4）氯化亞銅具有還原性，易被氧化而變質，具有見光分解，所以生產中應：防止CuCl的氧化和見光分解，減少產品CuCl的損失；
故答案為：防止CuCl的氧化和見光分解，減少產品CuCl的損失；
（5）依據圖表CuCl產率可知pH=2產率最大為90%，當pH較大時CuCl產率變低，Cu²⁺水解程度增大，生成的氯化亞銅少；
故答案為：2；pH較大時，Cu²⁺水解程度增大，反應生成CuCl減少，產率減小；
（6）根據題目中所給數據及平行實驗結果相差不能超過1%，體積為24.35mL，誤差大舍去，滴定0.25g樣品消耗硫酸鈰標準溶液的平均體積=$\frac{24.05+23.95}{2}$=24mL，結合方程式可知：CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂，Fe²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，
CuCl～Ce⁴⁺，
CuCl的純度=$\frac{24×1{0}^{-3}L×0.1mol/L×99.5g/mol}{0.25g}$×100%=95.5%，
故答案為：95.5%．

點評 本題為工藝流程題，為高考熱點和難點，設計物質的分離、物質的制備，明確物質的性質是解題關鍵，題目難度較大．