Question

某煉鐵廢渣中含有大量CuS及少量鐵的化合物，工業(yè)上以該廢渣為原料生產CuCl₂?2H₂O的工藝流程如圖1：

已知：焙燒過程中發(fā)生的主要反應為：CuS+2NaCl+2O₂ 

高溫  .

 CuCl₂+Na₂SO₄，回答下列問題：
（1）試劑A應選用

 

．（填編號）
①NaClO　　　�、贑l₂
③H₂O₂溶液　　 ④濃硫酸
理由是

 

．
（2）分析有關物質的溶解度曲線（如圖2），為了獲得CuCl₂?2H₂O晶體，對濾液B進行的操作是：
①加入濃鹽酸，其作用是：

 

②

 

得Na₂SO₄晶體．
③將母液

 

得CuCl₂?2H₂O晶體．
（3）已知：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
為了測定CuCl₂?2H₂O產品的質量分數可按如下方法進行：取ag產品，用水溶解后，加入足量的KI溶液，充分反應后過濾、洗滌，將濾液稀釋至250mL，取25.00mL加入淀粉溶液作指示劑，用0.080mol?L^-1 Na₂S₂O₃標準溶液滴定，達到滴定終點時，四次平行實驗耗去Na₂S₂O₃標準溶液數據如下：

實驗序號	1	2	3	4
消耗Na2S2O3標準溶液（mL）	25.00	25.02	26.20	24.98

此產品中CuCl₂?2H₂O的質量分數為

 

．（用含a的最簡表達式表示）
（4）氫化亞銅是一種紅色固體，可由下列反應制備：
4CuCl₂+3H₃PO₂+6H₂O═4CuH↓+8HCl+3H₃PO₄．該反應每轉移3mol電子，生成CuH的物質的量為

 

．
（5）氯化銅溶液中銅各物種的分布分數（平衡時某物種的濃度占各物種濃度之和的分數）與c（Cl^-）的關系如圖3．

①當c（Cl^-）=9mol?L^-1時，溶液中主要的3種含銅物種濃度大小關系為：c（CuCl₂）＞c（

 

）＞c（

 

）．
②在c（Cl^-）=1mol?L^-1的氯化銅溶液中，滴入AgNO₃溶液，完成其中一個含銅物種間轉化的離子方程式為：

 

（6）欲實現Cu+H₂SO₄═CuSO₄+H₂，在圖4中你認為能實現該轉化的裝置中的括號內，標出電極材料

 

（填“Cu”或“C”）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,原電池和電解池的工作原理,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：流程分析廢渣粉碎加入氯化鈉，通入空氣焙燒后加入鹽酸酸浸，加入試劑A是氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，調節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀；過濾后的濾液中主要是氯化銅溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶得到氯化銅晶體；
（1）試劑A滿足能把亞鐵離子氧化為鐵離子和調節(jié)PH使酸性減弱兩個功能；
（2）①加入濃鹽酸，其作用是抑制Cu²⁺水解；
②溶液中得到晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌；
③蒸發(fā)濃縮后，由于同溫下硫酸鈉的溶解度小，會有大量硫酸鈉析出；40°C時硫酸鈉溶解度最大，硫酸鈉最不容易析出，為了得到更多的析出CuCl₂?2H₂O晶體，溫度略低于40℃的范圍；
（3）2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；得到定量關系2Cu²⁺～2S₂O₃^2-計算；硫代硫酸鈉溶液消耗的體積第三組數據誤差大舍去；
（4）依據元素化合價變化和電子守恒計算分析得到；
（5）①從圖上在c（Cl^-）=9mol?L^-1處，做一條平行與縱軸的虛線，可以比較；
②從圖上在c（Cl^-）=1mol?L^-1處，做一條平行與縱軸的虛線，看哪種微粒最多；
（6）Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發(fā)的，需要電解池實現，根據電解池的構成條件來回答．

解答： 解：（1）NaClO、Cl₂、H₂O₂溶液、濃硫酸均能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，但氯水和硫酸溶液均呈酸性，NaClO溶液呈堿性，故可以起到調節(jié)PH的作用，
故答案為：①；NaClO能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且溶液顯堿性，能增大溶液pH使Fe³⁺沉淀；
（2）①加入濃鹽酸，其作用是抑制Cu²⁺水解，提高CuCl₂.2H₂O的產率；
故答案為：抑制Cu²⁺水解，提高CuCl₂.2H₂O的產率；
②溶液中得到晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，趁熱過濾；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、趁熱過濾；
③由圖乙可知硫酸鈉的溶解度較小而且溫度較高時隨溫度的變化不大，為了防止氯化銅晶體的析出，必須趁熱過濾，加熱濃縮時會有大量的硫酸鈉析出；冷卻結晶時盡量保證硫酸鈉不析出，而40攝氏度時硫酸鈉溶解度最大，為了能析出更多的CuCl₂?2H₂O晶體，故適宜溫度為35～40℃．
故答案為：冷卻到30-35℃結晶、過濾；
（3）2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；得到定量關系2Cu²⁺～2S₂O₃^2-計算；硫代硫酸鈉溶液消耗的體積第三組數據誤差大舍去得到消耗溶液體積平均為=

25.00+25.02+24.98

3

ml=25ml；
   Cu²⁺～S₂O₃^2-
   1       1
   n      0.0250L×0.080mol?L^-1 
n=0.002mol；
250mL溶液中含有CuCl₂?2H₂O物質的量=0.002mol×

250

25

=0.02mol
此產品中CuCl₂?2H₂O的質量分數=

0.02mol×171g/mol

ag

×100%=

342

a

%；
故答案為：

342

a

%；
（4）從反應4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄分析，Cu從+2價變成+1，4molCu得到4mol電子，H從+1價變成-1價，4mol-1價的H得到8mol電子，共得電子12mol，P從+1價變成+5價，3molP共失電子12mol．還原劑化合價升高，故該反應的還原劑是H₃PO₂．每生成4molCuH轉移電子12mol，所以，轉移電子3mol時應生成CuH1mol；
故答案為：1mol；
（5）①在c（Cl^-）=9mol?L^-1處，做一條平行與縱軸的虛線，可見溶液中主要含銅物種濃度大小關系為：c（CuCl₂）＞c（CuCl⁺）＞c（CuCl₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（CuCl₄^2-），
故答案為：CuCl⁺；CuCl₃^-；
②從圖上可見，在c（Cl^-）=1mol?L^-1的氯化銅溶液中，主要是Cu²⁺與Cl^-結合生成CuCl⁺，方程式為：Cu²⁺+Cl^-═CuCl⁺或CuCl⁺+Ag⁺=AgCl↓+Cu²⁺；
故答案為：CuCl⁺+Ag⁺=AgCl↓+Cu²⁺；
（6）Cu和H₂SO₄之間的反應是非自發(fā)的，需要電解池實現，金屬銅作陽極，陰極是導體即可，電解質為硫酸，即：，
故答案為：．

點評：本題涉及蓋斯定律的應用、電解精煉金屬、氧化還原反應、離子濃度大小比較、原電池原電解池理分析，電極反應式的書寫等知識點，電極反應式的書寫是高考熱點，應重點掌握．