Question

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，還含少量Fe、Si的化合物]制備氯化銅晶體，方案如下：

已知：有關(guān)金屬離子從開(kāi)始沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH：

	Fe3+	Cu2+	Fe2+
開(kāi)始沉淀的pH	2.7	5.4	8.1
沉淀完全的pH	3.7	6.9	9.6

（1）若溶液A含有的金屬離子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，則試劑①選用

B

（填字母）．
A．Cu        B．Cl₂          C．NH₃?H₂O          D．NaOH
（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

．由溶液C獲得CuCl₂?xH₂O，包含4個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作，這4個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作依次是

蒸發(fā)濃縮

、

冷卻結(jié)晶

過(guò)濾和無(wú)水乙醇洗滌等操作，使用無(wú)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(cè)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(chēng)取一定質(zhì)量的晶體加熱使其失去結(jié)晶水，稱(chēng)量所得無(wú)水CuCl₂的質(zhì)量．該方案存在的問(wèn)題是

CuCl₂?xH₂O晶體加熱時(shí)會(huì)發(fā)生水解

．
②稱(chēng)取a g晶體、加入足量氫氧化鈉溶液，過(guò)濾、洗滌、加熱沉淀至質(zhì)量不再減輕為止，稱(chēng)量所得固體的質(zhì)量為b g．則x=

80a-135b

18b

（用含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析：（1）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，實(shí)現(xiàn)由溶液A至溶液B轉(zhuǎn)化，目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，試劑①應(yīng)為氧化劑，且不能引入新的雜質(zhì)．
（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(kāi)始沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH選擇pH的范圍．
由溶液到晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌等．使用無(wú)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(shí)會(huì)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：（1）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，實(shí)現(xiàn)由溶液A至溶液B轉(zhuǎn)化，目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，試劑①應(yīng)為氧化劑，且不能引入新的雜質(zhì)．
A．Cu不能與Fe²⁺反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
B．Cl₂可以將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且不引入新雜質(zhì)，故B正確；
C．NH₃?H₂O可以沉淀Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，引入銨根離子，故C錯(cuò)誤；
D．NaOH可以沉淀Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，引入鈉離子，故D錯(cuò)誤．
故選：B．
（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(kāi)始沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺從pH=2.7開(kāi)始沉淀，在pH=3.7沉淀完全，Cu²⁺從pH=5.4開(kāi)始沉淀，所以應(yīng)該可知pH范圍為3.7～5.4．
由溶液獲得CuCl₂?xH₂O晶體需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌等．
氯化銅易溶于水，使用無(wú)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；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(shí)會(huì)發(fā)生水解CuCl₂+2H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，有HCl氣體放出，CuCl₂質(zhì)量偏小，測(cè)得x值偏大．
故答案為：CuCl₂?xH₂O晶體加熱時(shí)會(huì)發(fā)生水解．
②b g為CuO質(zhì)量為

bg

80g/mol

=

b

80

mol，根據(jù)銅元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂?xH₂O），所以ag=

b

80

mol×（135+18x）g/mol，解得，x=

80a-135b

18b

．
故答案為：

80a-135b

18b

．

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