Question

2．高氯酸銅[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]易溶于水，120℃開始分解，常用于生產(chǎn)電極和作催化劑等．可由氯化銅通過下列反應(yīng)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(yīng)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(xì)，加入適量的沸水，攪拌，加熱成藍(lán)棕色溶液．靜置、冷卻、過濾、洗滌得藍(lán)色Cu₂（OH）₂CO₃沉淀．
①把反應(yīng)物研細(xì)的目的是增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)速率增大．
②檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈，應(yīng)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(lán)色Cu（ClO₄）₂溶液同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的白霧．
①大量的白霧的成分是HClO₄（填化學(xué)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(shí)，若調(diào)節(jié)溶液pH=3，則溶液中的Fe³⁺的物質(zhì)的量濃度為2.64×10^-6mol•L^-1．（已知25℃時(shí)，F(xiàn)e（OH）₃的K_sp=2.64×10^-39）
（4）某研究小組欲用粗CuCl₂固體（含F(xiàn)e²⁺）制備純凈的無水氯化銅固體．請(qǐng)補(bǔ)充完整由粗CuCl₂固體制備純凈的無水氯化銅固體的實(shí)驗(yàn)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(diào)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(jié)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(zhì)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(xì)成粉末、利用HNO₃和AgNO₃溶液檢驗(yàn)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(shí)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(jù)固體溶度積常數(shù)公式計(jì)算Fe³⁺在調(diào)節(jié)溶液PH時(shí)溶液里的離子濃度，據(jù)此可作答；
（1）①根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素分析；
②根據(jù)反應(yīng)2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl可知，沉淀表面可能沾有氯化鈉，故檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈，可檢驗(yàn)氯離子的存在，應(yīng)選用試劑是 HNO₃和AgNO₃溶液；
（2）①根據(jù)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(jù)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(jù)25℃時(shí)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(jù)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(zhuǎn)化為鐵離子，再加入適量氨水調(diào)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(jié)晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶體；④為防止加熱時(shí)銅離子水解，將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質(zhì)量不再變化為止，得到無水氯化銅固體．

解答 解：（1）①把反應(yīng)物研細(xì)的目的是 增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)速率增大，故答案為：增大反應(yīng)物之間的接觸面積，使反應(yīng)速率增大；
②根據(jù)反應(yīng)2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl可知，沉淀表面可能沾有氯化鈉，故檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈，可檢驗(yàn)氯離子的存在，應(yīng)選用試劑是 HNO₃和AgNO₃溶液，故答案為：HNO₃和AgNO₃溶液；
（2）①根據(jù)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(jù)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(shí)，若調(diào)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(jù)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F(xiàn)e²⁺）制備純凈的無水氯化銅固體．實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)化為鐵離子，再加入適量氨水調(diào)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(jié)晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶體；④為防止加熱時(shí)銅離子水解，將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質(zhì)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(diào)節(jié)溶液pH至3.2～4.7；③將濾液加熱濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾、（冰水）洗滌，干燥；④將 CuCl₂•2H₂O晶體在HCl氣氛中加熱至質(zhì)量不再變化為止．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟和過程分析判斷，有關(guān)K_sp計(jì)算，物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用等，題目難度中等．