Question

18．銅及其化合物在工農業(yè)生產及日常生活中應用非常廣泛．某研究小組用粗銅（含雜質鐵）制備氯化銅晶體（CuCl₂•2H₂O ）的流程如下．

已知常溫下，Cu²⁺、Fe³⁺的氫氧化物開始沉淀和沉淀完全時的pH見表：

金屬離子	Fe3+	Cu2+
氫氧化物開始沉淀時的pH	1.9	4.7
氫氧化物完全沉淀時的pH	3.2	6.7

請回答下列問題：
（1）溶液I中加入試劑X可以調節(jié)溶液pH，從而除去Fe³⁺且不引入雜質．
①試劑X可選用下列物質中的ad（填代號）．
a．CuO      b．NaOH      c．Cu      d．Cu（OH）₂
②調節(jié)溶液pH時，理論上可選擇pH最大范圍是3.2≤pH＜4.7．
（2）由溶液Ⅱ制備CuCl₂•2H₂O的操作依次為：邊滴加濃鹽酸邊加熱濃縮、冷卻結晶（填操作名稱）、過濾、洗滌干燥．
（3）向0.1mol•L^-1的CuCl₂溶液中通入H₂S氣體，溶液變渾濁，pH減小，用離子方程式解釋其原因：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺．
若K_SP[CuS]=1.2×10^-36，則生成沉淀時需要S^2-的濃度為1.2×10^-35mol•L^-1．
（4）某學習小組用碘量法測定CuCl₂•2H₂O樣品的純度（雜質不發(fā)生反應）．實驗如下：
a．準確稱取CuCl₂•2H₂O樣品mg于小燒杯中，加入適量蒸餾水和足量的碘化鉀，再滴入適量的稀硫酸，充分反應后，將所得混合液配成250mL待測溶液．（已知：2Cu²⁺+4I^-═2CuI+I₂）
b．移取25.00mL待測溶液于錐形瓶中，加幾滴指示劑，用c mol•L^-1Na₂S₂O₃標準液滴定至終點，重復2次，測得消耗標準液體積的平均值為V mL．（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①實驗中使用的指示劑名稱為淀粉溶液，達到滴定終點時，溶液顏色變化為溶液由藍色變?yōu)闊o色．
②該樣品中CuCl₂•2H₂O 的質量分數為$\frac{{171cV×{{10}^{-3}}×10}}{m}×100%$（用含m、c、V的代數式表示，不用化簡）．

Answer 1

分析 粗銅中含有Fe，粗銅與氯氣反應生成CuCl₂和FeCl₃，加熱稀鹽酸至固體完全溶解，溶液中含有CuCl₂和FeCl₃，鹽酸能抑制銅離子和鐵離子水解，從而得到溶液1；向溶液1中加入試劑X調節(jié)溶液pH至4-5，根據鐵離子沉淀需要溶液pH值知，鐵離子完全沉淀生成Fe（OH）₃，銅離子不產生沉淀，過濾得到的固體2是Fe（OH）₃，加入的X能和氫離子反應且不能引進新的雜質，可為Cu₂（OH）₂CO₃、CuO、CuCO₃等物質，得到的溶液2為溶液CuCl₂，經蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶可得到CuCl₂晶體；
（1）①試劑X能和氫離子反應而提高溶液的pH值，且不能引進新的雜質；
②調節(jié)溶液pH時，要使鐵離子完全沉淀但銅離子不能產生沉淀才能達到分離目的；
（2）由溶液Ⅱ制備CuCl₂•2H₂O，要抑制水解，不能蒸發(fā)結晶；
（3）向溶液Ⅱ中含有氯化銅，氯化銅和H₂S反應生成鹽酸和CuS，并結合Ksp計算；
（4）①碘遇淀粉試液變藍色，所以要用淀粉檢驗碘單質；
②依據碘化鉀和氯化銅發(fā)生氧化還原反應，生成碘化亞銅沉淀，和碘單質，碘單質遇淀粉變藍，依據碘單質被Na₂S₂O₃標準溶液滴定到終點，根據反應的離子方程式計算分析．

解答 解：粗銅中含有Fe，粗銅與氯氣反應生成CuCl₂和FeCl₃，加熱稀鹽酸至固體完全溶解，溶液中含有CuCl₂和FeCl₃，鹽酸能抑制銅離子和鐵離子水解，從而得到溶液1；向溶液1中加入試劑X調節(jié)溶液pH至4-5，根據鐵離子沉淀需要溶液pH值知，鐵離子完全沉淀生成Fe（OH）₃，銅離子不產生沉淀，過濾得到的固體2是Fe（OH）₃，加入的X能和氫離子反應且不能引進新的雜質，可為Cu₂（OH）₂CO₃、CuO、CuCO₃等物質，得到的溶液2為溶液CuCl₂，經蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶可得到CuCl₂晶體；
（1）①試劑X能和氫離子反應而提高溶液的pH值，且不能引進新的雜質，可為Cu₂（OH）₂CO₃、CuO、CuCO₃等物質，故答案為：ad；
②調節(jié)溶液pH時，要使鐵離子完全沉淀但銅離子不能產生沉淀才能達到分離目的，所以其pH范圍為3.2≤pH＜4.7，故答案為：3.2≤pH＜4.7；
（2）由溶液Ⅱ制備CuCl₂•2H₂O的操作依次為：邊滴加濃鹽酸邊加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌干燥，故答案為：冷卻結晶；
（3）向溶液Ⅱ中含有氯化銅，氯化銅和H₂S反應生成鹽酸和CuS，鹽酸是強酸，導致溶液中氫離子濃度增大，溶液的pH降低，離子方程式為H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺，若K_SP[CuS]=1.2×10^-36，則生成沉淀時需要S^2-的濃度為$\frac{1.2×1{0}^{-36}}{0.1}$=1.2×10^-35mol/L，
故答案為：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺；1.2×10^-35；
（4）①碘遇淀粉試液變藍色，所以要用淀粉溶液作指示劑，達到滴定終點時的溶液顏色變化為溶液由藍色變?yōu)闊o色，故答案為：淀粉溶液；溶液由藍色變?yōu)闊o色；
②由2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂；
得到 2Na₂S₂O₃～2Cu²⁺
        2     2
cmol/L×V×10^-3L cV×10^-3mol
試樣中CuCl₂•2H₂O的質量百分數為$\frac{{171cV×{{10}^{-3}}×10}}{m}×100%$，
故答案為：$\frac{{171cV×{{10}^{-3}}×10}}{m}×100%$．

點評 本題考查物質制備實驗，為高頻考點，側重考查學生實驗操作及實驗分析能力，涉及物質分離和提純、基本實驗操作、滴定實驗及計算等知識點，側重分析與實驗能力的考查，題目難度中等．