Question

10．氯化亞銅（CuCl）是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會被迅速氧化成綠色堿式鹽．從酸性電鍍廢液（主要含Cu²⁺、Fe³⁺）中制備氯化亞銅的工藝流程圖1如下

金屬離子含量與混合液pH、CuCl產(chǎn)率與混合液pH的關(guān)系圖如圖2．
【已知：金屬離子濃度為1 mol•L-1時，F(xiàn)e（OH）₃開始沉淀和沉淀完全的pH分別為1.4和3.0，Cu（OH）₂開始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.2和6.7】請回答下列問題：
（1）酸浸時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；析出CuCl晶體時的最佳pH在3左右．
（2）鐵粉、氯化鈉、硫酸銅在溶液中反應(yīng)生成CuCl的離子反應(yīng)方程式為2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺．
（3）析出的CuCl晶體要立即用無水乙醇洗滌，在真空干燥機(jī)內(nèi)于70℃干燥2h、冷卻密封包裝．70℃真空干燥、密封包裝的目的是加快乙醇和水的蒸發(fā)，防止CuCl被空氣氧化
（4）產(chǎn)品濾出時所得濾液的主要分成是Na₂SO₄和FeSO₄，若想從濾液中獲取FeSO₄•7H₂O晶體，還需要知道的是不同溫度下硫酸鈉和硫酸亞鐵的溶解度．
（5）若將鐵粉換成亞硫酸鈉也可得到氯化亞銅，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：2CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2Na₂SO₄+H₂SO₄．為提高CuCl的產(chǎn)率，常在該反應(yīng)體系中加入稀堿溶液，調(diào)節(jié)pH至3.5．這樣做的目的是OH^-中和了反應(yīng)中的H⁺，有利于平衡向右移動，提高CuCl的產(chǎn)率．但當(dāng)OH^-濃度過大時，Cu⁺能與OH^-結(jié)合，生成氫氧化亞銅，從而降低了CuCl的產(chǎn)率．

Answer 1

分析 電鍍廢液中加入堿可生成Cu（OH）₂、Fe（OH）₃沉淀，在pH約為4時，用酸浸得到硫酸銅溶液和氫氧化鐵沉淀，在硫酸銅溶液中加入氯化鈉、鐵，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuCl，發(fā)生2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺，最后所得濾液為硫酸亞鐵，結(jié)合CuCl的性質(zhì)和題目要求解答該題．
（1）在pH約為4時，用酸浸得到硫酸銅溶液和氫氧化鐵沉淀，說明氫氧化銅被酸溶解，由圖2可知，析出CuCl沉淀的最佳pH應(yīng)為CuCl的產(chǎn)率最大，且氫氧化鐵雜質(zhì)較少，應(yīng)約為3左右；
（2）在硫酸銅溶液中加入氯化鈉、鐵，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuCl，發(fā)生2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺，故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺；
（3）由題給信息可知CuCl微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會被迅速氧化，為防止氧化應(yīng)隔絕空氣，在干燥、真空環(huán)境中可加快乙醇和水的蒸發(fā)；
（4）產(chǎn)品濾出時所得濾液的主要分成是Na₂SO₄和FeSO₄；獲取FeSO₄•7H₂O晶體，還需要知道的是硫酸鈉和硫酸亞鐵溶解度隨溫度的變化的情況；
（5）若將鐵粉換成亞硫酸鈉是亞硫酸鈉作為還原劑，失電子，反應(yīng)方程式為：2 CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2 Na₂SO₄+H₂SO₄，加入稀堿溶液消耗氫離子，從平衡正向移動，有利于氯化亞銅的產(chǎn)生，而當(dāng)氫氧根離子濃度大到一定程度時以達(dá)到氫氧化銅的溶度積分析解答．

解答 解：（1）在pH約為4時，用酸浸得到硫酸銅溶液和氫氧化鐵沉淀，說明氫氧化銅被酸溶解，反應(yīng)的離子方程式為Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，由圖2可知，析出CuCl沉淀的最佳pH應(yīng)為CuCl的產(chǎn)率最大，且氫氧化鐵雜質(zhì)較少，應(yīng)約為3左右，故答案為：Cu（OH）₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；3；
（2）在硫酸銅溶液中加入氯化鈉、鐵，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CuCl，發(fā)生2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺，故答案為：2Cu²⁺+2Cl^-+Fe=2CuCl↓+Fe²⁺；
（3）由題給信息可知CuCl微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會被迅速氧化，為防止氧化應(yīng)隔絕空氣，在干燥、真空環(huán)境中可加快乙醇和水的蒸發(fā)，
故答案為：加快乙醇和水的蒸發(fā)，防止CuCl被空氣氧化；
（4）產(chǎn)品濾出時所得濾液的主要分成是Na₂SO₄和FeSO₄；獲取FeSO₄•7H₂O晶體，還需要知道的是硫酸鈉和硫酸亞鐵溶解度隨溫度的變化的情況，
故答案為：Na₂SO₄和FeSO₄；不同溫度下硫酸鈉和硫酸亞鐵的溶解度；
（5）亞硫酸鈉作為還原劑，失電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：2 CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2 Na₂SO₄+H₂SO₄，加入稀堿溶液消耗氫離子，從平衡正向移動，有利于氯化亞銅的產(chǎn)生，而當(dāng)氫氧根離子濃度大到一定程度時以達(dá)到氫氧化銅的溶度積，所以又析出氫氧化銅，所以調(diào)節(jié)pH至3.5，
故答案為：2CuSO₄+Na₂SO₃+2NaCl+H₂O=2CuCl↓+2 Na₂SO₄+H₂SO₄；OH^-中和了反應(yīng)中的H⁺，有利于平衡向右移動，提高CuCl的產(chǎn)率．但當(dāng)OH^-濃度過大時，Cu⁺能與OH^-結(jié)合，生成氫氧化亞銅，從而降低了CuCl的產(chǎn)率．

點評 本題考查制備方案的設(shè)計，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，注意把握題給信息，答題時注意審題，把握自學(xué)能力的培養(yǎng)，難度中等．