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的一種可能的化學式CuO、Cu（OH）₂．由溶液C獲得CuCl₂•xH₂O，包含4個基本實驗操作，這4個基本實驗操作依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、用無水乙醇洗滌等操作，使用無水乙醇代替水進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，有同學設計了如下兩種實驗方案：
①稱取一定質量的晶體加熱使其失去結晶水，稱量所得無水CuCl₂的質量．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、加熱沉淀至質量不再減輕為止，稱量所得固體的質量為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化為易除的鐵離子，過濾，將濾液在酸性條件下蒸發(fā)結晶，得到氯化銅晶體，
（1）因為要制備氯化銅晶體，為不引入新的雜質，所以加入鹽酸；加入氧化劑不能引入新的雜質，所以選用氯氣或者過氧化氫；
（2）由工藝流程轉化關系可知，試劑②應為調節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，不能沉淀Cu²⁺，結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、冷卻結晶、過濾、洗滌等．使用無水乙醇代替水進行洗滌，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加熱沉淀至質量不再減輕為止，b g為CuO質量，根據銅元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），再結合m=nM計算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化為易除的鐵離子，過濾，將濾液在酸性條件下蒸發(fā)結晶，得到氯化銅晶體，
（1）因為要制備氯化銅晶體，為不引入新的雜質，所以加入鹽酸；加入氧化劑不能引入新的雜質，所以選用氯氣或過氧化氫，故答案為：鹽酸；BE；
（2）由工藝流程轉化關系可知，試劑②應為調節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉化為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、冷卻結晶、過濾、洗滌等；氯化銅易溶于水，使用無水乙醇代替水進行洗滌，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質量為$\frac{bg}{80g/mol}$=$\frac{80}$mol，根據銅元素守恒可知，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：$\frac{80a-135b}{18b}$．

點評 考查閱讀獲取信息能力、對工藝流程理解與實驗條件控制、實驗方案的評價、化學計算、物質分離提純除雜等有關實驗操作以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力．題目難度中等，要求學生要有扎實的實驗基礎知識和靈活應用信息解決問題的能力，注意基礎知識的全面掌握．