Question

16．氯化亞銅（CuCl）常用作有機(jī)合成工業(yè)中的催化劑，在空氣中迅速被氧化成綠色；見光則分解，變成褐色．如圖是工業(yè)上用制作印刷電路的廢液（含F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）生產(chǎn)CuCl的流程：

根據(jù)以上信息回答下列問題：
（1）生產(chǎn)過程中X的化學(xué)式為Fe．
（2）寫出產(chǎn)生CuCl的化學(xué)方程式：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄．
（3）在CuCl的生成過程中理論上不需要補(bǔ)充SO₂氣體，結(jié)合化學(xué)方程式和必要的文字說明理由Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反應(yīng)中生成的CuSO₄和 SO₂為1：1，所以理論上不需要補(bǔ)充SO₂氣體．實(shí)際生產(chǎn)中SO₂要適當(dāng)過量，原因可能是提高Cu²⁺的還原速率，同時可以防止生成的Cu⁺被空氣氧化（答一點(diǎn)即可）．
（4）實(shí)驗(yàn)探究pH對CuCl產(chǎn)率的影響如下表所示：

pH	1	2	3	4	5	6	7
CuCl產(chǎn)率/%	70	90	82	78	75	72	70

析出CuCl晶體最佳pH為2，當(dāng)pH較大時CuCl產(chǎn)率變低原因是Cu²⁺水解程度增大，反應(yīng)生成CuCl減少，產(chǎn)率減�。�調(diào)節(jié)pH時，不能（填“能”或“不能”）用相同pH的硝酸代替硫酸，理由是硝酸會與產(chǎn)品CuCl發(fā)生反應(yīng)．
（5）氯化亞銅的定量分析：
①稱取樣品0.25g和過量的FeCl₃溶液于錐形瓶中，充分溶解．
②用0.10mol•L^-1硫酸鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定．已知：CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂、Fe²⁺+Ce⁴⁺═Fe³⁺+Ce³⁺．三次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下（平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不能超過1%）：

平行實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3
0.25g樣品消耗硫酸鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）	24.35	24.05	23.95

則樣品中CuCl的純度為95.5%（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 要利用制作印刷電路的廢液制備氯化亞銅，首先應(yīng)制備并分離出銅，向工業(yè)上以制作印刷電路的廢液（含F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入過量的鐵粉，三價鐵離子與鐵粉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二價鐵離子，銅離子與鐵反應(yīng)生成銅，然后過濾，濾渣為過量的鐵和生成的銅，依據(jù)銅與鐵活潑性，將濾渣溶于鹽酸，銅與鹽酸不反應(yīng)，過濾得到濾渣即為銅，然后銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化硫，銅與氯氣反應(yīng)生成氯化銅，硫酸銅、二氧化硫、氯化銅反應(yīng)生成氯化亞銅，
（1）印刷電路的廢液（含F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入鐵，三價鐵離子能夠原鐵反應(yīng)生成二價鐵離子，銅離子能夠與鐵反應(yīng)生成銅；
（2）依據(jù)圖示可知：CuCl₂、CuSO₄、SO₂、H₂O反應(yīng)生成H₂SO₄、CuCl，依據(jù)得失電子守恒配平方程式；
（3）依據(jù)圖示可知：銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫的物質(zhì)的量之比為1：1，而產(chǎn)生CuCl的化學(xué)方程式中硫酸銅、二氧化硫物質(zhì)的量之比恰好為1：1；
（4）依據(jù)圖表CuCl產(chǎn)率可知PH=2產(chǎn)率最大，當(dāng)pH較大時CuCl產(chǎn)率變低，Cu²⁺水解程度增大，生成的氯化亞銅少；根據(jù)稀硝酸具有強(qiáng)氧化性分析；
（5）依據(jù)方程式中各反應(yīng)物量之間的關(guān)系計(jì)算CuCl的純度，CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂，F(xiàn)e²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，CuCl～Ce⁴⁺，所給數(shù)據(jù)及平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不能超過1%，體積為24.35mL，誤差大舍去，據(jù)此進(jìn)行解答．

解答 解：向工業(yè)上以制作印刷電路的廢液（含F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入過量的鐵粉，三價鐵離子與鐵粉反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二價鐵離子，銅離子與鐵反應(yīng)生成銅，然后過濾，濾渣為過量的鐵和生成的銅，依據(jù)銅與鐵活潑性，將濾渣溶于鹽酸，銅與鹽酸不反應(yīng)，過濾得到濾渣即為銅，然后銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅和二氧化硫，銅與氯氣反應(yīng)生成氯化銅，硫酸銅、二氧化硫、氯化銅反應(yīng)生成氯化亞銅，
（1）印刷電路的廢液（含F(xiàn)e³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入鐵，三價鐵離子能夠原鐵反應(yīng)生成二價鐵離子，銅離子能夠與鐵反應(yīng)生成銅，過濾后濾渣中含有銅和鐵，加入鹽酸，鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，銅與鹽酸不反應(yīng)，將銅分離出來，則X為Fe、Y為HCl，
故答案為：Fe；
（2）依據(jù)圖示可知：CuCl₂、CuSO₄、SO₂、H₂O反應(yīng)生成H₂SO₄、CuCl，依據(jù)得失電子守恒其方程式為：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄，
故答案為：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄；
（3）由反應(yīng)方程式Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O可知Cu與濃硫酸反應(yīng)的過程中有SO₂生成，且生成的CuSO₄和SO₂的物質(zhì)的量之比為1：1，生產(chǎn)CuCl的過程中消耗CuSO₄和SO₂的物質(zhì)的量之比也為1：1，所以理論上不需要補(bǔ)充SO₂氣體；
實(shí)際生產(chǎn)中要保持適當(dāng)過量的SO₂，目的是提高Cu²⁺的還原速率，同時可以防止生成的Cu⁺被空氣氧化，
故答案為：Cu+2 H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反應(yīng)中生成的CuSO₄和SO₂為1：1，所以理論上不需要補(bǔ)充SO₂氣體；提高Cu²⁺的還原速率，同時可以防止生成的Cu⁺被空氣氧化；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知，pH=2時，CuCl產(chǎn)率最高；pH較大時，Cu²⁺水解程度增大，導(dǎo)致反應(yīng)生成CuCl減少；硝酸具有強(qiáng)氧化性，能將產(chǎn)品CuCl氧化生成Cu²⁺，所以不能用相同pH的硝酸代替硫酸，
故答案為：2；Cu²⁺水解程度增大，反應(yīng)生成CuCl減少，產(chǎn)率減小；硝酸會與產(chǎn)品CuCl發(fā)生反應(yīng)；
（5）根據(jù)題目中所給數(shù)據(jù)及平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不能超過1%，體積為24.35mL，誤差大舍去，則滴定0.25g樣品消耗硫酸鈰標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為：$\frac{24.05+23.95}{2}$=24mL，結(jié)合方程式可知：CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂，F(xiàn)e²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，
CuCl～Ce⁴⁺，
CuCl的純度為：$\frac{24×1{0}^{-3}L×0.1mol/L×99.5g/mol}{0.25g}$×100%=95.5%，
故答案為：95.5%．

點(diǎn)評 本題考查了制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>