Question

【化學(xué)—選修2化學(xué)與技術(shù)】(15分）

氯化亞銅(CuCl)是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會(huì)被迅速氧化成綠色堿式鹽。從酸性電鍍廢液(主要含Cu2＋、Fe3＋)中制備氯化亞銅的工藝流程圖如下：

金屬離子含量與混合液pH、CuCl產(chǎn)率與混合液pH的關(guān)系圖如圖。

【已知：金屬離子濃度為1 mol·L－1時(shí)，F(xiàn)e(OH)3開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH分別為1.4和3.0，Cu(OH)2開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH分別為4.2和6.7】

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）酸浸時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是________；析出CuCl晶體時(shí)的最佳pH在_______左右。

（2）鐵粉、氯化鈉、硫酸銅在溶液中反應(yīng)生成CuCl的離子反應(yīng)方程式為_(kāi)_______________。

（3）析出的CuCl晶體要立即用無(wú)水乙醇洗滌，在真空干燥機(jī)內(nèi)于70℃干燥2 h、冷卻密封包裝。70℃真空干燥、密封包裝的目的是_____________________________________。

（4）產(chǎn)品濾出時(shí)所得濾液的主要分成是________，若想從濾液中獲取FeSO4·7H2O晶體，還需要知道的是__________________。

（5）若將鐵粉換成亞硫酸鈉也可得到氯化亞銅，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：____________________。為提高CuCl的產(chǎn)率，常在該反應(yīng)體系中加入稀堿溶液，調(diào)節(jié)pH至3.5。這樣做的目的是_____________。

Answer 1

（1）Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O(2分) ；3(1分) （2）2Cu2++2Cl-+Fe=2CuCl↓+Fe2+(2分)

（3）加快乙醇和水的蒸發(fā)，防止CuCl被空氣氧化 (2分)

（4）Na2SO4和FeSO4 (2分) 不同溫度下硫酸鈉和硫酸亞鐵的溶解度(2分)

（5）2CuSO4+ Na2SO3+2NaCl+ H2O=2CuCl↓+2 Na2SO4+ H2SO4(2分)

OH-中和了反應(yīng)中的H+，有利于平衡向右移動(dòng)，提高CuCl的產(chǎn)率。但當(dāng)OH-濃度過(guò)大時(shí)，Cu+能與OH-結(jié)合，生成氫氧化亞銅，從而降低了CuCl的產(chǎn)率。(2分)

【解析】

試題分析：（1）加入堿液后鐵離子和銅離子分別轉(zhuǎn)化為氫氧化銅和氫氧化鐵沉淀，由于酸浸時(shí)pH＝4，而在pH＝3時(shí)鐵離子就已經(jīng)完全沉淀，所以酸浸時(shí)主要是氫氧化銅溶解，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O；根據(jù)圖像可判斷，氯化亞銅的產(chǎn)率最高時(shí)對(duì)應(yīng)的pH值大約是3，所以析出CuCl晶體時(shí)的最佳pH在3左右。

（2）鐵粉、氯化鈉、硫酸銅在溶液中反應(yīng)生成CuCl，根據(jù)原子守恒和元素化合價(jià)變化可知反應(yīng)中還有硫酸亞鐵和硫酸鈉生成，則反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為2Cu2++2Cl-+Fe=2CuCl↓+Fe2+。

（3）由于氯化亞銅微溶于水，不溶于乙醇，在空氣中會(huì)被迅速氧化成綠色堿式鹽，所以70℃真空干燥、密封包裝的目的是加快乙醇和水的蒸發(fā)，防止CuCl被空氣氧化。

（4）根據(jù)（2）中分析可知產(chǎn)品濾出時(shí)所得濾液的主要分成是Na2SO4和FeSO4。由于硫酸鈉和硫酸亞鐵均是溶于水水的，所以若想從濾液中獲取FeSO4·7H2O晶體，還需要知道的是不同溫度下硫酸鈉和硫酸亞鐵的溶解度。

（5）若將鐵粉換成亞硫酸鈉也可得到氯化亞銅，則亞硫酸鈉被還原為硫酸鈉，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CuSO4+ Na2SO3+2NaCl+ H2O=2CuCl↓+2 Na2SO4+ H2SO4。在該反應(yīng)體系中加入稀堿溶液，中和了反應(yīng)中的H+，有利于平衡向右移動(dòng)，提高CuCl的產(chǎn)率。但又因?yàn)楫?dāng)OH-濃度過(guò)大時(shí)，Cu+能與OH-結(jié)合，生成氫氧化亞銅，從而降低了CuCl的產(chǎn)率，所以需要調(diào)節(jié)pH至3.5。

考點(diǎn)：考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與探究