Question

13．氯化銅是一種廣泛用于生產(chǎn)顏料、木材防腐劑等的化工產(chǎn)品．某研究小組用粗銅（含雜質(zhì)Fe）按如圖1流程制備氯化銅晶體（CuCl₂•2H₂O），已知氯化銅易溶于水，難溶于乙醇．

（1）溶液1中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．能檢驗(yàn)溶液1中Fe²⁺的試劑①②（填編號(hào)）
①KMnO₄②K₃[Fe（CN）₆]③NaOH   ④KSCN
為了更完全的沉淀，試劑X為H₂O₂．
（2）試劑a是鹽酸，加入需過(guò)量的原因是充分反應(yīng)，抑制Cu²⁺水解．試劑Y用于調(diào)節(jié)pH以除去雜質(zhì)，Y可選用下列試劑中的cd（填序號(hào)）．
a．NaOH   b．NH₃•H₂O   c．CuO   d．Cu₂（OH）₂CO₃   e．CuSO₄
調(diào)節(jié)pH至4～5的原因是使溶液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀．得到固體2的操作是過(guò)濾．
（3）實(shí)驗(yàn)室采用如圖2所示的裝置，可將粗銅與Cl₂反應(yīng)轉(zhuǎn)化為固體1（部分加熱和夾持裝置已略去）．
①儀器A的名稱是分液漏斗．
②引發(fā)B中反應(yīng)的操作是打開分液漏斗上口玻璃塞，旋開分液漏斗活塞，緩慢滴加，并用酒精燈加熱B裝置．裝置B中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（4）在溶液2轉(zhuǎn)化為CuCl₂•xH₂O的操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)榫G色．欲探究其原因．已知：在氯化銅溶液中有如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：
Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2-（aq）+4H₂O（l）
               藍(lán)色                                                黃色
①上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\frac{c（CuC{l}_{4}{\;}^{2-}）}{c[Cu（H{\;}_{2}O）{\;}_{4}{\;}^{2+}]•{c}^{4}（C{l}^{-}）}$．若增大氯離子濃度，K值不變（填“增大”、“減小”或“不變”）
②取氯化銅晶體配制成藍(lán)綠色溶液Y，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，其中能夠證明CuCl_2溶液中有上述轉(zhuǎn)化關(guān)系的是abc（填序號(hào)）．
a．將Y稀釋，發(fā)現(xiàn)溶液呈藍(lán)色            b．在Y中加入CuCl₂晶體，溶液變?yōu)榫G色
c．在Y中加入NaCl固體，溶液變?yōu)榫G色   d．取Y進(jìn)行電解，溶液顏色最終消失
（5）得到CuCl₂•xH₂O晶體最好采用的干燥方式是D．
A．空氣中加熱蒸干           B．空氣中低溫蒸干
C．HCl氣流中加熱烘干        D．HCl氣流中低溫烘干
（6）為測(cè)定制得的氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）中x的值，某興趣小組設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案：
稱取m g晶體溶于水，加入足量氫氧化鈉溶液、過(guò)濾、沉淀洗滌后用小火加熱至質(zhì)量不再輕為止，冷卻，稱量所得黑色固體的質(zhì)量為ng．沉淀洗滌的操作方法是向過(guò)濾器中加入水至完全浸沒(méi)沉淀，過(guò)濾，重復(fù)2～3次，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得x=$\frac{80m-135n}{18n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析 粗銅中含有Fe，與氯氣反應(yīng)生成CuCl₂和FeCl₃，為防止水解，應(yīng)加入過(guò)量的稀鹽酸進(jìn)行溶解，并保證金屬完全反應(yīng)，溶液1中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，應(yīng)為H₂O₂，還原得到水，是綠色氧化劑，通過(guò)調(diào)節(jié)pH，使溶液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾分離，且加入Y可以消耗氫離子且不能引入新雜質(zhì)，可以為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃．濾液經(jīng)過(guò)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到CuCl₂•2H₂O．
（1）Fe²⁺具有還原性，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色；能與K₃[Fe（CN）₆]反應(yīng)得到藍(lán)色鐵氰化亞鐵藍(lán)色沉淀；
加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，最好應(yīng)為H₂O₂；
（2）調(diào)節(jié)pH至4～5之間，液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀，過(guò)濾分離；得到固體2的操作是將不溶固體與液體進(jìn)行分離；
（3）B裝置中二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯氣，C裝置干燥氯氣，D裝置中粗銅（Fe、Cu的混合物）與氯氣反應(yīng)生成CuCl₂和FeCl₃，多于的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收，以防污染空氣，由于HCl不影響氯氣和粗銅的反應(yīng)的產(chǎn)物，且可以抑制氯化銅水解，氯氣中混有的HCl不需要除去；
（4）①平衡常數(shù)為生成物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次數(shù)冪乘積與反應(yīng)物濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)次數(shù)冪乘積的比值；
平衡常數(shù)只受溫度影響，與離子濃度無(wú)關(guān)；
②稀溶液中以Cu（H₂O）₄²⁺為主，呈藍(lán)色，濃溶液中以CuCl₄^2-為主，呈黃色，一定濃度下呈藍(lán)綠色，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析；
（5）CuCl₂•xH₂O晶體加熱容易分解，且氯化銅易水解，應(yīng)在HCl氣流中低溫烘干
（6）氯化銅溶液中加入足量氫氧化鈉溶液、過(guò)濾得到沉淀為氫氧化銅，沉淀洗滌的操作方法是：向過(guò)濾器中加入水至完全浸沒(méi)沉淀，過(guò)濾，重復(fù)2～3次；氫氧化銅加熱分解所得黑色固體的質(zhì)量ng為CuO，根據(jù)Cu元素守恒計(jì)算CuCl₂•xH₂O的物質(zhì)的量，再結(jié)合m=nM計(jì)算x的值；

解答 解：粗銅中含有Fe，與氯氣反應(yīng)生成CuCl₂和FeCl₃，為防止水解，應(yīng)加入過(guò)量的稀鹽酸進(jìn)行溶解，并保證金屬完全反應(yīng)，溶液1中的金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，應(yīng)為H₂O₂，還原得到水，是綠色氧化劑，通過(guò)調(diào)節(jié)pH，使溶液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾分離，且加入Y可以消耗氫離子且不能引入新雜質(zhì)，可以為CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃．濾液經(jīng)過(guò)加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到CuCl₂•2H₂O．
（1）①Fe²⁺具有還原性，可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，用高錳酸鉀溶液可以檢驗(yàn)Fe²⁺，故正確；
②Fe²⁺能與K₃[Fe（CN）₆]反應(yīng)得到藍(lán)色鐵氰化亞鐵藍(lán)色沉淀，故正確；
③鐵離子、銅離子均與NaOH反應(yīng)生成沉淀，影響亞鐵離子檢驗(yàn)，故錯(cuò)誤；
④鐵離子與KSCN反應(yīng)，溶液呈紅色，不能檢驗(yàn)Fe²⁺，故錯(cuò)誤；
加入試劑X目的是將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，X應(yīng)為H₂O₂，還原得到水，是綠色氧化劑，
故答案為：①②；H₂O₂；
（2）由上述分析可知，試劑X為鹽酸，加入過(guò)量的鹽酸，充分反應(yīng)，抑制Cu²⁺水解；
加入Y可以消耗氫離子調(diào)節(jié)溶液pH，使溶液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過(guò)濾分離，且不能引入新雜質(zhì)，
a．NaOH引入雜質(zhì)鈉離子，故a錯(cuò)誤；
b．NH₃•H₂O 引入銨根離子，故b錯(cuò)誤；
c．CuO可以調(diào)節(jié)PH值，除去雜質(zhì)，過(guò)量的CuO過(guò)濾除去，不引入雜質(zhì)，故c正確；
d．Cu₂（OH）₂CO₃ 可以調(diào)節(jié)PH值，除去雜質(zhì)，過(guò)量的Cu₂（OH）₂CO₃ 過(guò)濾除去，不引入雜質(zhì)，故d正確；
e．CuSO₄不能調(diào)節(jié)PH值，引入硫酸根離子，故e錯(cuò)誤；
調(diào)節(jié)pH至4～5之間，使溶液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀；
得到固體2的操作是將不溶固體與液體進(jìn)行分離，應(yīng)采取過(guò)濾操作，
故答案為：鹽酸；充分反應(yīng)，抑制Cu²⁺水解；cd；使溶液中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，Cu²⁺離子不沉淀；過(guò)濾；
（3）B裝置中二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下反應(yīng)生成氯氣，C裝置干燥氯氣，D裝置中粗銅（Fe、Cu的混合物）與氯氣反應(yīng)生成CuCl₂和FeCl₃，多于的氯氣用氫氧化鈉溶液吸收，以防污染空氣，由于HCl不影響氯氣和粗銅的反應(yīng)的產(chǎn)物，且可以抑制氯化銅水解，氯氣中混有的HCl不需要除去．
①儀器A是分液漏斗，故答案為：分液漏斗；
②引發(fā)B中反應(yīng)的操作是：打開分液漏斗上口玻璃塞，旋開分液漏斗活塞，緩慢滴加，并用酒精燈加熱B裝置；裝置B中制取氯氣，二氧化錳與濃鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化錳、氯氣、水，反應(yīng)離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：打開分液漏斗上口玻璃塞，旋開分液漏斗活塞，緩慢滴加，并用酒精燈加熱B裝置；MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（4）①Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2-（aq）+4H₂O（l）的平衡常數(shù)為K=$\frac{c（CuC{l}_{4}{\;}^{2-}）}{c[Cu（H{\;}_{2}O）{\;}_{4}{\;}^{2+}]•{c}^{4}（C{l}^{-}）}$，
平衡常數(shù)只受溫度影響，與離子濃度無(wú)關(guān)，增大氯離子濃度，K值不變，
故答案為：$\frac{c（CuC{l}_{4}{\;}^{2-}）}{c[Cu（H{\;}_{2}O）{\;}_{4}{\;}^{2+}]•{c}^{4}（C{l}^{-}）}$；不變；
②a．將Y稀釋，平衡向左反應(yīng)移動(dòng)，溶液呈藍(lán)色，可以能夠證明CuCl₂溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，故a正確；
b．在Y中加入CuCl₂晶體，溶液中Cu（H₂O）₄²⁺濃度增大，平衡向右移動(dòng)，溶液變?yōu)榫G色，可以能夠證明CuCl₂溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，故b正確；
c．在Y中加入NaCl固體，溶液中氯離子濃度增大，平衡向右移動(dòng)，溶液變?yōu)榫G色，可以能夠證明CuCl₂溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，故c正確；
d．取Y進(jìn)行電解，銅離子放電，溶液顏色最終消失，不能可以能夠證明CuCl₂溶液中轉(zhuǎn)化關(guān)系，故d錯(cuò)誤．
故選：abc；
（5）CuCl₂•xH₂O晶體加熱容易分解，且氯化銅易水解，應(yīng)在HCl氣流中低溫烘干，故答案為：D；
（6）氯化銅溶液中加入足量氫氧化鈉溶液、過(guò)濾得到沉淀為氫氧化銅，沉淀洗滌的操作方法是：向過(guò)濾器中加入水至完全浸沒(méi)沉淀，過(guò)濾，重復(fù)2～3次；
氫氧化銅加熱分解所得黑色固體的質(zhì)量ng為CuO，根據(jù)Cu元素守恒：n（CuCl₂•xH₂O）=n（CuO）=$\frac{n}{80}$mol，則$\frac{n}{80}$mol×（135+18x）=mg，解得x=$\frac{80m-135n}{18n}$，
故答案為：向過(guò)濾器中加入水至完全浸沒(méi)沉淀，過(guò)濾，重復(fù)2～3次；$\frac{80m-135n}{18n}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程及實(shí)驗(yàn)制備，涉及對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置與操作及試劑的分析評(píng)價(jià)、物質(zhì)分離提純、化學(xué)平衡移動(dòng)、化學(xué)計(jì)算等，要求學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用能力，難度很大．