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【题目】氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,在空气中迅速被氧化成绿色;见光则分解,变成褐色。如图是工业上用制作印刷电路的废液(Fe3、Cu2、Fe2、Cl)生产CuCl的流程:

根据以上信息回答下列问题:

(1)生产过程中X的化学式为________

(2)写出产生CuCl的化学方程式:__________________________________________

(3)CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO2气体,结合化学方程式和必要的文字说明理由_____________________________________________________

实际生产中SO2要适当过量,原因可能是_______________________________(答一点即可)。

(4)实验探究pHCuCl产率的影响如下表所示:

pH

1

2

3

4

5

6

7

CuCl产率/%

70

90

82

78

75

72

70

析出CuCl晶体最佳pH________,当pH较大时CuCl产率变低,原因是________________________________________________________________________。调节pH时,________(不能”)用相同pH的硝酸代替硫酸,理由__________________

(5)氯化亚铜的定量

①称取样品0.25 g和过量的FeCl3溶液于锥形瓶中,充分溶解。

②用0.10 mol·L1硫酸铈标准溶液滴定。已知:CuCl+FeCl3===CuCl2+FeCl2、Fe2+Ce4===Fe3+Ce3。三次平行实验结果如下(平行实验结果相差不能超过1%):

平行实验次数

1

2

3

0.25 g样品消耗硫酸铈

标准溶液的体积/mL

24.35

24.05

23.95

则样品中CuCl的纯度为________(结果保留三位有效数字)。

【答案】Fe CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O===2CuCl↓+2H2SO4 Cu+2H2SO4()CuSO4+SO2↑+2H2O,反应中生成的CuSO4SO21∶1,生产CuCl的过程中消耗CuSO4SO2的物质的量之比也为1∶1,所以理论上不需要补充SO2气体 提高Cu2的还原速率同时可以防止生成的Cu被空气氧化 2 Cu2水解程度增大,反应生成CuCl减少,产率减小 不能 硝酸会与产品CuCl发生反应 95.5%

【解析】

由流程图可知,向废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)中加入过量的铁粉,三价铁离子与铁粉反应转化为二价铁离子,铜离子与铁反应生成铜,然后过滤,滤渣为过量的铁和生成的铜,依据铜与铁活泼性,将滤渣溶于盐酸,铜与盐酸不反应,过滤得到滤渣即为铜,然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫,铜与氯气反应生成氯化铜,硫酸铜、二氧化硫、氯化铜反应生成氯化亚铜。

(1)印刷电路的废液(含Fe3+、Cu2+、Fe2+、Cl-)加入铁,三价铁离子能够原铁反应生成二价铁离子,铜离子能够与铁反应生成铜,过滤后滤渣中含有铜和铁,加入盐酸,铁与盐酸反应生成氯化亚铁,铜与盐酸不反应,将铜分离出来,故答案为:Fe;

(2)依据图示可知:CuCl2、CuSO4、SO2、H2O反应生成H2SO4、CuCl,产生CuCl的化学方程式依据得失电子守恒得到:CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2H2SO4,故答案为:CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2H2SO4

(3)依据图示可知:Cu+2 H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O反应中生成的CuSO4和 SO2为1:1,CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2 H2SO4反应中消耗CuSO4和SO2也为1﹕1,所以理论上不需要补充SO2气体;SO2适当过量,可以提高Cu2+的还原速率,同时可以防止生成的Cu被空气中氧气氧化,故答案为:Cu+2 H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O反应中生成的CuSO4和 SO2为1:1,CuCl2+CuSO4+SO2+2H2O=2CuCl↓+2 H2SO4反应中消耗CuSO4和SO2也为1﹕1,所以理论上不需要补充SO2气体;提高Cu2+的还原速率,同时可以防止生成的Cu被空气氧化;

(4)依据图表CuCl产率可知pH=2产率最大为90%,当pH较大时CuCl产率变低,Cu2+水解程度增大,生成的氯化亚铜少;调节pH时,不能用具有强氧化性的硝酸替代硫酸,因为硝酸会将CuCl氧化,故答案为:2;pH较大时,Cu2+水解程度增大,反应生成CuCl减少,产率减小;硝酸会与产品CuCl发生反应;

(5)根据题目中所给数据及平行实验结果相差不能超过0.3%,滴定0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积是23.9ml,结合方程式可知:CuCl+FeCl3═CuCl2+FeCl2,CuCl的纯度为23.9×10-3L×0.1 molL-1×99.5gmol-1/0.25g×100%=95%,故答案为:95%。

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