Question

10．氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）是重要的化工原料，可用作催化劑、消毒劑等，用孔雀石[主要含Cu₂（OH）₂CO₃，還含有少量Fe、Si的化合物]制備氯化銅晶體，方案如圖：

已知：有關(guān)金屬離子從開始沉淀到沉淀完全時溶液的pH：

離子種類 pH	Fe3+	Cu2+	Fe2+
開始沉淀	2.7	5.4	8.1
沉淀完全	3.7	6.9	9.6

（1）酸溶時應(yīng)選擇酸的名稱為鹽酸；若溶液A含有的金屬離子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，則試劑①可選用BE（填字母）．
A．Cu　　B．Cl₂　 C．NH₃•H₂O　　D．NaOH     E．H₂O₂　　F．KMnO₄
（2）加入試劑②的目的是調(diào)節(jié)pH至a，a的范圍是3.7～5.4，寫出試劑②的一種可能的化學(xué)式CuO、Cu（OH）₂．由溶液C獲得CuCl₂•xH₂O，包含4個基本實(shí)驗(yàn)操作，這4個基本實(shí)驗(yàn)操作依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、用無水乙醇洗滌等操作，使用無水乙醇代替水進(jìn)行洗滌的主要原因是防止CuCl₂•xH₂O晶體溶解損失．
（3）為了測定制得的氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）中x值，有同學(xué)設(shè)計(jì)了如下兩種實(shí)驗(yàn)方案：
①稱取一定質(zhì)量的晶體加熱使其失去結(jié)晶水，稱量所得無水CuCl₂的質(zhì)量．該方案存在的問題是CuCl₂•xH₂O晶體加熱時會發(fā)生水解．
②稱取ag晶體、加入足量氫氧化鈉溶液，過濾、洗滌、加熱沉淀至質(zhì)量不再減輕為止，稱量所得固體的質(zhì)量為bg．則x=$\frac{80a-135b}{18b}$（用含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 孔雀石用鹽酸溶解，主要成份Cu₂（OH）₂CO₃與其反應(yīng)生成二氧化碳和氯化銅，以及鐵的氯化物，其中的二氧化硅是酸性氧化物不溶解，然后加入氧化劑將亞鐵轉(zhuǎn)化為易除的鐵離子，過濾，將濾液在酸性條件下蒸發(fā)結(jié)晶，得到氯化銅晶體，
（1）因?yàn)橐�制備氯化銅晶體，為不引入新的雜質(zhì)，所以加入鹽酸；加入氧化劑不能引入新的雜質(zhì)，所以選用氯氣或者過氧化氫；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，試劑②應(yīng)為調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，不能沉淀Cu²⁺，結(jié)合金屬離子從開始沉淀到沉淀完全時溶液的pH選擇pH的范圍，試劑②可以是氧化銅、氫氧化銅、碳酸銅或者堿式碳酸銅，由溶液到晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等．使用無水乙醇代替水進(jìn)行洗滌，防止CuCl₂•xH₂O晶體溶解損失；
（3）①CuCl₂•xH₂O晶體加熱時會發(fā)生水解；
②加熱沉淀至質(zhì)量不再減輕為止，b g為CuO質(zhì)量，根據(jù)銅元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），再結(jié)合m=nM計(jì)算x的值．

解答 解：孔雀石用鹽酸溶解，主要成份Cu₂（OH）₂CO₃與其反應(yīng)生成二氧化碳和氯化銅，以及鐵的氯化物，其中的二氧化硅是酸性氧化物不溶解，然后加入氧化劑將亞鐵轉(zhuǎn)化為易除的鐵離子，過濾，將濾液在酸性條件下蒸發(fā)結(jié)晶，得到氯化銅晶體，
（1）因?yàn)橐�制備氯化銅晶體，為不引入新的雜質(zhì)，所以加入鹽酸；加入氧化劑不能引入新的雜質(zhì)，所以選用氯氣或過氧化氫，故答案為：鹽酸；BE；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，試劑②應(yīng)為調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，不能沉淀Cu²⁺，由金屬離子從開始沉淀到沉淀完全時溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺從pH=2.7開始沉淀，在pH=3.7沉淀完全，Cu²⁺從pH=5.4開始沉淀，所以應(yīng)該可知pH范圍為3.7～5.4，所以試劑②可以是氧化銅、氫氧化銅、碳酸銅或者堿式碳酸銅，由溶液獲得CuCl₂•xH₂O晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等；氯化銅易溶于水，使用無水乙醇代替水進(jìn)行洗滌，防止CuCl₂•xH₂O晶體溶解損失．
故答案為：3.7～5.4；CuO、Cu（OH）₂；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；防止CuCl₂•xH₂O晶體溶解損失；
（3）①CuCl₂•xH₂O晶體加熱時會發(fā)生水解CuCl₂+2H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，有HCl氣體放出，CuCl₂質(zhì)量偏小，測得x值偏大，故答案為：CuCl₂•xH₂O晶體加熱時會發(fā)生水解；
②b g為CuO質(zhì)量為$\frac{bg}{80g/mol}$=$\frac{80}$mol，根據(jù)銅元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），所以ag=$\frac{80}$mol×（135+18x）g/mol，解得，x=$\frac{80a-135b}{18b}$，
故答案為：$\frac{80a-135b}{18b}$．

點(diǎn)評 考查閱讀獲取信息能力、對工藝流程理解與實(shí)驗(yàn)條件控制、實(shí)驗(yàn)方案的評價、化學(xué)計(jì)算、物質(zhì)分離提純除雜等有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作以及在新情境下綜合運(yùn)用知識解決問題的能力．題目難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和靈活應(yīng)用信息解決問題的能力，注意基礎(chǔ)知識的全面掌握．