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2.75.48.1
沉淀完全3.76.99.6
(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).

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苽渎然~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苽渎然~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.

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