Question

15．铜是一种常见的金属元素，其有多种用途广泛的化合物．
I、氯化亚铜（CuCl）是一种白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于浓盐酸，露置在空气中迅速被氧化成碱式盐．可用于一氧化碳、乙炔等气体含量的测定．以粗铜（含Cu、Fe）为原料可制备纯净的CuCl，其流程如图1：

（1）气体X的化学式Cl₂，“酸溶”采用浓盐酸的原因是抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入杂质．
（2）“酸溶”所得溶液成分分析：c（CuCl₂）=5mol•L^-1，c（FeCl₃）=1mol•L^-1．已知：K_{ap（Fe（OH）3）}=4.0×10^-38，K_{ap（Cu（OH）2）}=4.8×10^-20，当溶液中金属离子的浓度小于10^-5 mol•L^-1时可认为其沉淀完全，则上述流程中滴加NaOH溶液调节pH，其范围约为3～4（数值取整数）．
（3）反应2的离子方程式为2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺．
（4）设计实验提纯析出的CuCl粗晶体：将CuCl粗晶体用蒸馏水洗涤后再用无水乙醇冲洗，最后真空烘干．
II、纳米氧化亚铜（Cu₂O）可用作光电材料，可用电解法制得（如图2）．酸性介质中Cu₂O不能稳定存在，潮湿的空气中可缓慢被氧化成CuO．
（5）阳极的电极反应式为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O．
（6）电解过程中从烧杯底部通入N₂，其可能的作用：
①搅动溶液，使OH^-迅速扩散；
②作为保护气防止空气中的氧气氧化电解产生的Cu₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．以粗铜（含Cu、Fe）为原料可制备纯净的CuCl，其中铁和铜于通入的气体X为氯气反应生成氯化铁和氯化铜加入浓盐酸酸溶后加入氢氧化钠溶液调节溶液PH除去氯化铁，过滤得到滤液中通入二氧化硫反应生成CuCl沉淀，氯化亚铜（CuCl）是一种白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于浓盐酸，露置在空气中迅速被氧化成碱式盐，用蒸馏水、乙醇洗涤在真空中干燥得到纯净的氯化亚铜，
（1）上述分析可知X为氯气，酸溶抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入杂质；
（2）结合溶度积常数计算铁离子全部沉淀完全的PH和铜离子开始沉淀的PH分析PH范围；
（3）反应2是氯化铜溶液中通入二氧化硫发生氧化还原反应，生成氯化亚铜沉淀；
（4）实验提纯析出的CuCl粗晶体，可以先蒸馏水洗涤，后用乙醇洗涤后干燥；
Ⅱ．（5）铜与电源正极连接，通电后铜失去电子在碱性溶液中生成氧化亚铜；
（6）酸性介质中Cu₂O不能稳定存在，潮湿的空气中可缓慢被氧化成CuO，氮气性质稳定可以起到保护气的作用．

解答 解：Ⅰ．以粗铜（含Cu、Fe）为原料可制备纯净的CuCl，其中铁和铜于通入的气体X为氯气反应生成氯化铁和氯化铜加入浓盐酸酸溶后加入氢氧化钠溶液调节溶液PH除去氯化铁，过滤得到滤液中通入二氧化硫反应生成CuCl沉淀，氯化亚铜（CuCl）是一种白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于浓盐酸，露置在空气中迅速被氧化成碱式盐，用蒸馏水、乙醇洗涤在真空中干燥得到纯净的氯化亚铜，
（1）上述分析可知气体X为氯气，铁和铜于通入的气体X为氯气反应生成氯化铁和氯化铜，“酸溶”采用浓盐酸的原因是抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入杂质，
故答案为：Cl₂；抑制Fe³⁺、Cu²⁺的水解，且不引入杂质；
（2）c（CuCl₂）=5mol•L^-1，c（FeCl₃）=1mol•L^-1．已知：K_ap（Fe（OH）₃）=4.0×10^-38，K_ap（Cu（OH）₂）=4.8×10^-20，当溶液中金属离子的浓度小于时可认为其沉淀完全，铁离子完全沉淀溶液的氢氧根离子浓度c³（OH^-）=$\frac{Ksp}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}$=4.0×10^-33，c（OH^-）=$\root{3}{4.0×1{0}^{-33}}$=1.6×10-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1.6×1{0}^{-11}}$=6.25×10^-4mol/L，PH=-lg6.25×10^-4=4-0.8=3.2≈3，铜离子开始沉淀的溶液PH，K_ap（Cu（OH）₂）=4.8×10^-20=c（Cu²⁺）c²（OH^-）=5mol/L×c²（OH^-）=，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{4.8×1{0}^{-20}}{5}}$=$\sqrt{0.96×1{0}^{-20}}$=2×10^-10mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$=5×10^-5mol/L，PH=5-0.7=4.3，上述流程中滴加NaOH溶液调节pH，其范围约为3～4，
故答案为：3～4；
（3）反应2是氯化铜溶液中通入二氧化硫发生氧化还原反应，生成氯化亚铜沉淀，反应的离子方程式为：2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：2Cu²⁺+SO₂+2Cl^-+2H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+4H⁺；
（4）氯化亚铜（CuCl）是一种白色粉末，不溶于乙醇，微溶于水，易溶于浓盐酸，提纯析出的CuCl粗晶体，可以先蒸馏水洗涤，后用乙醇洗涤后干燥，将CuCl粗晶体用蒸馏水洗涤后再用无水乙醇冲洗，最后真空烘干，
故答案为：将CuCl粗晶体用蒸馏水洗涤后再用无水乙醇冲洗，最后真空烘干；
Ⅱ．（5）装置中分析可知，铜与电源正极连接为电解池的阳极，通电后阳极上铜失去电子在碱性溶液中生成氧化亚铜，电极反应为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O，
故答案为：2Cu-2e^-+2OH^-=Cu₂O+H₂O；
（6）电解过程中从烧杯底部通入N₂，其可能的作用：搅动溶液，使OH^-迅速扩散，作为保护气防止空气中的氧气氧化电解产生的Cu₂O，
故答案为：作为保护气防止空气中的氧气氧化电解产生的Cu₂O．

点评 本题考查了物质分离提纯、物质性质、溶度积常数的计算应用、电解池原理和电极反应书写等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．