Question

從生產(chǎn)印刷電路板（生產(chǎn)原理：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂）的廢液中提取CuCl₂?2H₂O晶體．實驗流程如下：

室溫下，相關物質的溶度積常數(shù)如下表：

物質	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp	2.2×10-20	8.0×10-16	4.0×10-38

（1）上述流程中試劑X可以選用

 

（填化學式）．反應Ⅱ調(diào)節(jié)溶液的pH為4.0，此時溶液中的c（Fe³⁺）=

 

．”濃縮結晶”須在低溫下進行，其原因是

 

．
（2）為控制試劑X的用量，對“廢液”的組成進行如下測定：取20mL廢液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得到的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥，稱量得17.22g；另取20mL廢液，加入NaOH溶液至pH為4.0，將生成的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒至恒重，冷卻后稱量得0.64g．試計算廢液中各種金屬離子的物質的量濃度（寫出計算過程）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：廢液中含有FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂等，從廢液中提取CuCl₂?2H₂O晶體，可先加入氯水或過氧化氫等氧化劑將FeCl₂氧化生成FeCl₃，然后加入氫氧化銅調(diào)節(jié)溶液pH為4.0，得到沉淀Fe（OH）₃，過濾后濾液中的成分主要為CuCl₂，經(jīng)濃縮結晶可得到CuCl₂?2H₂O晶體，
17.22g沉淀為氯化銀；pH調(diào)至4.0時，產(chǎn)生的沉淀為氫氧化鐵，氫氧化鐵受熱分解為氧化鐵和水，氧化鐵為0.64g，可求出鐵離子濃度，根據(jù)2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺和電荷守恒可求得亞鐵離子和銅離子濃度．

解答： 解：廢液中含有FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂等，從廢液中提取CuCl₂?2H₂O晶體，可先加入氯水或過氧化氫等氧化劑將FeCl₂氧化生成FeCl₃，然后加入氫氧化銅調(diào)節(jié)溶液pH為4.0，得到沉淀Fe（OH）₃，過濾后濾液中的成分主要為CuCl₂，經(jīng)濃縮結晶可得到CuCl₂?2H₂O晶體，
（1）試劑X為氧化劑，將FeCl₂氧化生成FeCl₃，可加入Cl₂ 或H₂O₂，避免引入新雜質，反應Ⅱ調(diào)節(jié)溶液的pH為4.0，此時c（OH^-）=10^-10mol/L，則c（Fe³⁺）=

4.0×10-38

(10-10)3

mol/L=4.0×10^-8mol/L，因氯化銅易水解，為防止水解生成氫氧化銅，應在低溫下濃縮結晶，
故答案為：Cl₂ 或H₂O₂；4.0×10^-8mol/L；抑制CuCl₂水解；
（2）n（Cl^-）=

17.22g

143.5g/mol

=0.12mol，
另取20mL廢液，加入NaOH溶液至pH為4.0，將生成的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒至恒重，冷卻后稱量得0.64gFe₂O₃，物質的量為

0.64g

160g/mol

=0.004mol，
n（Fe³⁺）=0.008mol，c（Fe³⁺）=

0.008mol

0.02L

=0.4mol/L，
由2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺可知2n（Cu²⁺）=n（Fe²⁺），
由電荷守恒可知，3n（Fe³⁺）+2n（Cu²⁺）+2n（Fe²⁺）=n（Cl^-），
即n（Cu²⁺）+n（Fe²⁺）=

1

2

（0.12mol-0.008mol×3）=0.048mol，
n（Cu²⁺）+n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）+2n（Cu²⁺）=0.048mol，
求得：n（Cu²⁺）=0.016mol，c（Cu²⁺）=

0.016mol

0.02L

=0.8 mol?L^-1，則
n（Fe²⁺）=2n（Cu²⁺）=0.032mol，c（Fe²⁺）=

0.032mol

0.02L

=1.6 mol?L^-1，
答：廢液中各種金屬離子的物質的量濃度分別為c（Fe³⁺）=0.4 mol?L^-1；c（Cu²⁺）=0.8 mol?L^-1 ；c（Fe²⁺）=1.6 mol?L^-1．

點評：本題綜合考查物質的分離、提純，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握題給信息，從電荷守恒的角度解答，難度較大．