Question

15．銅是一種常見的金屬元素，其有多種用途廣泛的化合物．
I、氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，露置在空氣中迅速被氧化成堿式鹽．可用于一氧化碳、乙炔等氣體含量的測(cè)定．以粗銅（含Cu、Fe）為原料可制備純凈的CuCl，其流程如圖1：

（1）氣體X的化學(xué)式Cl₂，“酸溶”采用濃鹽酸的原因是抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質(zhì)．
（2）“酸溶”所得溶液成分分析：c（CuCl₂）=5mol•L^-1，c（FeCl₃）=1mol•L^-1．已知：K_{ap（Fe（OH）3）}=4.0×10^-38，K_{ap（Cu（OH）2）}=4.8×10^-20，當(dāng)溶液中金屬離子的濃度小于10^-5 mol•L^-1時(shí)可認(rèn)為其沉淀完全，則上述流程中滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，其范圍約為3～4（數(shù)值取整數(shù)）．
（3）反應(yīng)2的離子方程式為2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺．
（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提純析出的CuCl粗晶體：將CuCl粗晶體用蒸餾水洗滌后再用無(wú)水乙醇沖洗，最后真空烘干．
II、納米氧化亞銅（Cu₂O）可用作光電材料，可用電解法制得（如圖2）．酸性介質(zhì)中Cu₂O不能穩(wěn)定存在，潮濕的空氣中可緩慢被氧化成CuO．
（5）陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（6）電解過程中從燒杯底部通入N₂，其可能的作用：
①攪動(dòng)溶液，使OH^-迅速擴(kuò)散；
②作為保護(hù)氣防止空氣中的氧氣氧化電解產(chǎn)生的Cu₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．以粗銅（含Cu、Fe）為原料可制備純凈的CuCl，其中鐵和銅于通入的氣體X為氯氣反應(yīng)生成氯化鐵和氯化銅加入濃鹽酸酸溶后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH除去氯化鐵，過濾得到濾液中通入二氧化硫反應(yīng)生成CuCl沉淀，氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，露置在空氣中迅速被氧化成堿式鹽，用蒸餾水、乙醇洗滌在真空中干燥得到純凈的氯化亞銅，
（1）上述分析可知X為氯氣，酸溶抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質(zhì)；
（2）結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算鐵離子全部沉淀完全的PH和銅離子開始沉淀的PH分析PH范圍；
（3）反應(yīng)2是氯化銅溶液中通入二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯化亞銅沉淀；
（4）實(shí)驗(yàn)提純析出的CuCl粗晶體，可以先蒸餾水洗滌，后用乙醇洗滌后干燥；
Ⅱ．（5）銅與電源正極連接，通電后銅失去電子在堿性溶液中生成氧化亞銅；
（6）酸性介質(zhì)中Cu₂O不能穩(wěn)定存在，潮濕的空氣中可緩慢被氧化成CuO，氮?dú)庑再|(zhì)穩(wěn)定可以起到保護(hù)氣的作用．

解答 解：Ⅰ．以粗銅（含Cu、Fe）為原料可制備純凈的CuCl，其中鐵和銅于通入的氣體X為氯氣反應(yīng)生成氯化鐵和氯化銅加入濃鹽酸酸溶后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH除去氯化鐵，過濾得到濾液中通入二氧化硫反應(yīng)生成CuCl沉淀，氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，露置在空氣中迅速被氧化成堿式鹽，用蒸餾水、乙醇洗滌在真空中干燥得到純凈的氯化亞銅，
（1）上述分析可知?dú)怏wX為氯氣，鐵和銅于通入的氣體X為氯氣反應(yīng)生成氯化鐵和氯化銅，“酸溶”采用濃鹽酸的原因是抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質(zhì)，
故答案為：Cl₂；抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入雜質(zhì)；
（2）c（CuCl₂）=5mol•L^-1，c（FeCl₃）=1mol•L^-1．已知：K_ap（Fe（OH）₃）=4.0×10^-38，K_ap（Cu（OH）₂）=4.8×10^-20，當(dāng)溶液中金屬離子的濃度小于時(shí)可認(rèn)為其沉淀完全，鐵離子完全沉淀溶液的氫氧根離子濃度c³（OH^-）=$\frac{Ksp}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33，c（OH^-）=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$=1.6×10-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=-lg6.25×10^-4=4-0.8=3.2≈3，銅離子開始沉淀的溶液PH，K_ap（Cu（OH）₂）=4.8×10^-20=c（Cu²⁺）c²（OH^-）=5mol/L×c²（OH^-）=，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{4.8×1{0}^{-20}}{5}}$=$\sqrt{0.96×1{0}^{-20}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，PH=5-0.7=4.3，上述流程中滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，其范圍約為3～4，
故答案為：3～4；
（3）反應(yīng)2是氯化銅溶液中通入二氧化硫發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯化亞銅沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氯化亞銅（CuCl）是一種白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于濃鹽酸，提純析出的CuCl粗晶體，可以先蒸餾水洗滌，后用乙醇洗滌后干燥，將CuCl粗晶體用蒸餾水洗滌后再用無(wú)水乙醇沖洗，最后真空烘干，
故答案為：將CuCl粗晶體用蒸餾水洗滌后再用無(wú)水乙醇沖洗，最后真空烘干；
Ⅱ．（5）裝置中分析可知，銅與電源正極連接為電解池的陽(yáng)極，通電后陽(yáng)極上銅失去電子在堿性溶液中生成氧化亞銅，電極反應(yīng)為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案為：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（6）電解過程中從燒杯底部通入N₂，其可能的作用：攪動(dòng)溶液，使OH^-迅速擴(kuò)散，作為保護(hù)氣防止空氣中的氧氣氧化電解產(chǎn)生的Cu₂O，
故答案為：作為保護(hù)氣防止空氣中的氧氣氧化電解產(chǎn)生的Cu₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純、物質(zhì)性質(zhì)、溶度積常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用、電解池原理和電極反應(yīng)書寫等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．