Question

2．高氯酸銅[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]易溶于水，120℃開始分解，常用于生產電極和作催化劑等．可由氯化銅通過下列反應制備：2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl；Cu₂（OH）₂CO₃+4HClO₄+9H₂O═2Cu（ClO₄）₂•6H₂O+CO₂↑．HClO₄是易揮發(fā)的發(fā)煙液體，溫度高于130℃易爆炸．下表列出相應金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1mol•L^-1）：

金屬離子	開始沉淀	沉淀完全
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Cu2+	4.7	6.7

（1）將CuCl₂和Na₂CO₃用研缽分別研細，加入適量的沸水，攪拌，加熱成藍棕色溶液．靜置、冷卻、過濾、洗滌得藍色Cu₂（OH）₂CO₃沉淀．
①把反應物研細的目的是增大反應物之間的接觸面積，使反應速率增大．
②檢驗沉淀是否洗滌干凈，應選用試劑是HNO₃和AgNO₃溶液．
（2）向Cu₂（OH）₂CO₃沉淀中滴加稍過量的HClO₄小心攪拌，適度加熱后得到藍色Cu（ClO₄）₂溶液同時會產生大量的白霧．
①大量的白霧的成分是HClO₄（填化學式）．
②適度加熱但溫度不能過高的原因是防止HClO₄、Cu（ClO₄）₂分解．
（3）25℃時，若調節(jié)溶液pH=3，則溶液中的Fe³⁺的物質的量濃度為2.64×10^-6mol•L^-1．（已知25℃時，Fe（OH）₃的K_sp=2.64×10^-39）
（4）某研究小組欲用粗CuCl₂固體（含Fe²⁺）制備純凈的無水氯化銅固體．請補充完整由粗CuCl₂固體制備純凈的無水氯化銅固體的實驗步驟（可選用的試劑：蒸餾水、稀鹽酸、雙氧水溶液和氨水）：①將粗CuCl₂固體溶于蒸餾水，滴入少量的稀鹽酸；②加入適量雙氧水溶液并充分混合，再加入適量氨水調節(jié)溶液pH至3.2～4.7，過濾；③將濾液將濾液加熱濃縮，冷卻結晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶體；④將將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質量不再變化為止，得到無水氯化銅固體．

Answer 1

分析 本題是利用氯化銅和高氯酸制備高氯酸銅的工業(yè)流程題，涉及為加快固體溶解通常研細成粉末、利用HNO₃和AgNO₃溶液檢驗溶液里的氯離子以及利用水解原理制備無水氯化銅的基本操作，在制備高氯酸銅時因HClO₄是易揮發(fā)的發(fā)煙液體可看到白霧，溫度高于130℃高氯酸易爆炸，因此易控制溫度不易太高，根據固體溶度積常數公式計算Fe³⁺在調節(jié)溶液PH時溶液里的離子濃度，據此可作答；
（1）①根據影響反應速率的因素分析；
②根據反應2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl可知，沉淀表面可能沾有氯化鈉，故檢驗沉淀是否洗滌干凈，可檢驗氯離子的存在，應選用試劑是 HNO₃和AgNO₃溶液；
（2）①根據HClO₄是易揮發(fā)的發(fā)煙液體，可推知大量的白霧的成分是HClO₄；
②根據高氯酸銅[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]120℃開始分解，HClO₄是易揮發(fā)，溫度高于130℃易爆炸，可知需適度加熱但溫度不能過高；
（3）根據25℃時溶液pH=3，可得C（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，C（OH^-）=$\frac{{K}_{w}}{c（{H}^{+}）}=\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-3}}$mol/L=1.0×10^-11mol/L，根據氫氧化鐵的溶度積K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39，可知C（Fe³⁺）；
（4）②加入適量雙氧水溶液并充分混合，把亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入適量氨水調節(jié)溶液pH至3.2～4.7，使鐵離子完全沉淀，而銅離子不沉淀，過濾；③將濾液加熱濃縮，冷卻結晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶體；④為防止加熱時銅離子水解，將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質量不再變化為止，得到無水氯化銅固體．

解答 解：（1）①把反應物研細的目的是 增大反應物之間的接觸面積，使反應速率增大，故答案為：增大反應物之間的接觸面積，使反應速率增大；
②根據反應2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl可知，沉淀表面可能沾有氯化鈉，故檢驗沉淀是否洗滌干凈，可檢驗氯離子的存在，應選用試劑是 HNO₃和AgNO₃溶液，故答案為：HNO₃和AgNO₃溶液；
（2）①根據HClO₄是易揮發(fā)的發(fā)煙液體，可推知大量的白霧的成分是HClO₄，故答案為：HClO₄；
②根據高氯酸銅[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]120℃開始分解，HClO₄是易揮發(fā)，溫度高于130℃易爆炸，可知需適度加熱但溫度不能過高，故答案為：防止HClO₄、Cu（ClO₄）₂分解；
（3）25℃時，若調節(jié)溶液pH=3，C（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，C（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-3}}$mol/L=1.0×10^-11mol/L，根據氫氧化鐵的溶度積K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39，可知C（Fe³⁺）=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=2.64×10^-6 mol•L^-1，故答案為：2.64×10^-6 mol•L^-1；
（4）某研究小組欲用粗CuCl₂固體（含Fe²⁺）制備純凈的無水氯化銅固體．實驗步驟（可選用的試劑：蒸餾水、稀鹽酸、雙氧水溶液和氨水）：①將粗CuCl₂固體溶于蒸餾水，滴入少量的稀鹽酸；②加入適量雙氧水溶液并充分混合，把亞鐵離子轉化為鐵離子，再加入適量氨水調節(jié)溶液pH至3.2～4.7，使鐵離子完全沉淀，而銅離子不沉淀，過濾；③將濾液加熱濃縮，冷卻結晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶體；④為防止加熱時銅離子水解，將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質量不再變化為止，得到無水氯化銅固體，故答案為：②加入適量雙氧水溶液并充分混合，再加入適量氨水調節(jié)溶液pH至3.2～4.7；③將濾液加熱濃縮，冷卻結晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥；④將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質量不再變化為止．

點評 本題考查了物質制備實驗設計步驟和過程分析判斷，有關K_sp計算，物質分離提純的實驗方法應用等，題目難度中等．