Question

12．氯化亚铜（CuCl）是应用较广泛的催化剂．工业上利用铜粉矿（主要成分为CuO、Cu₂S，杂质为Fe₂O₃、SiO₂）先制备纯净CuO，再利用CuO制备CuCl的流程如图1所示：

已知：CuCl是白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，在空气中会被迅速氧化．
（1）溶解铜粉矿涉及到反应：Cu₂S+2MnO₂+4H₂SO₄═2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O+S．该反应的还原产物为MnSO₄；若用稀硝酸代替MnO₂，也可以达到实验目的，但反应产生的NO可能导致的环境问题是能形成酸雨等（答出一条即可）．
（2）上述流程中，在空气中煅烧MnCO₃的化学方程式为2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MnO₂+2CO₂．
（3）上述流程中，可以循环使用的物质除NH₃、CO₂外，还有MnO₂（填化学式）．
（4）将CuO溶于硫酸，得到硫酸铜溶液，再加入NaCl和亚硫酸钠，可得到CuCl沉淀．
①开始加入亚硫酸钠时，溶液PH下降的原因：2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺（用离子方程式表示）．
②已知溶液pH对CuCl产率的影响如图2所示，据图分析析出CuCl固体的最佳pH范围是c（填序号）．
a.1～2  b.2～3  c.3～4  d.4～5
③析出的CuCl固体要立即用无水乙醇洗涤，然后真空干燥、冷却，密封包装．真空干燥，密封包装的目的除加快乙醇和水蒸发外，还有CuCl在空气中会被迅速氧化．
（5）准确称取所制备的氯化亚铜样品mg，将其置于过量的FeCl₃溶液中，待样品完全溶解后，加入适量稀硫酸，用 amol•L^-1的K₂CrO₇溶液滴定至终点，消耗K₂Cr₂O₇溶液bmL，样品中CuCl的质量分数为$\frac{59.7ab}{m}$%．（测定过程中发生的反应：CuCl+Fe³⁺═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-；Cr₂O₇ ^2-+6Fe²⁺+14H⁺═7H₂O+2Cr³⁺+6Fe²⁺ ）

Answer 1

分析 铜粉矿（主要成分为CuO、Cu₂S，杂质为Fe₂O₃、SiO₂）中加入二氧化锰和硫酸，过滤后得到溶液Ⅰ为CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MnSO₄的混合溶液，以及S、SiO₂滤渣，溶液Ⅰ中加氨水调节pH值，除去铁离子，得溶液Ⅱ，在溶液Ⅱ中再加碳酸铵和氨水，得碳酸锰沉淀，和Cu（NH₃）₂CO₃溶液，Cu（NH₃）₂CO₃加热分解得氨气、二氧化碳及氧化铜固体，再利用CuO制备CuCl，
（1）根据元素化合价的变化判断反应的还原产物，NO为有毒气体，能形成酸雨等；
（2）在空气中煅烧MnCO₃，MnCO₃被氧化成MnO₂，根据电荷守恒和元素守恒写出化学方程式；
（3）根据上述流程分析可知，可以循环使用的物质除NH₃、CO₂、MnO₂；
（4）①硫酸铜溶液，再加入NaCl和亚硫酸钠，发生氧化还原反应，反应中有氢离子产生，根据电荷守恒和元素守恒可写出离子方程式；
②根据图，pH为3～4时CuCl产率最高；
③CuCl在空气中会被迅速氧化；
（5）根据反应：CuCl+Fe³⁺═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-；Cr₂O₇ ^2-+6Fe²⁺+14H⁺═7H₂O+2Cr³⁺+6Fe³⁺，可得关系式6CuCl～6Fe²⁺～Cr₂O₇ ^2-，K₂Cr₂O₇的物质的量计算出CuCl的质量，根据CuCl的质量分数=$\frac{CuCl的质量}{样品的质量}$×100%计算；

解答 解：铜粉矿（主要成分为CuO、Cu₂S，杂质为Fe₂O₃、SiO₂）中加入二氧化锰和硫酸，过滤后得到溶液Ⅰ为CuSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MnSO₄的混合溶液，以及S、SiO₂滤渣，溶液Ⅰ中加氨水调节pH值，除去铁离子，得溶液Ⅱ，在溶液Ⅱ中再加碳酸铵和氨水，得碳酸锰沉淀，和Cu（NH₃）₂CO₃溶液，Cu（NH₃）₂CO₃加热分解得氨气、二氧化碳及氧化铜固体，再利用CuO制备CuCl，
（1）在反应Cu₂S+2MnO₂+4H₂SO₄═2CuSO₄+2MnSO₄+4H₂O+S中，MnO₂中锰元素从+4价降为+2价，所以还原产物为MnSO₄，NO为有毒气体，能形成酸雨等，
故答案为：MnSO₄；能形成酸雨等；
（2）在空气中煅烧MnCO₃，MnCO₃被氧化成MnO₂，反应的化学方程式为2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MnO₂+2CO₂，
故答案为：2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MnO₂+2CO₂；
（3）根据上述流程分析可知，可以循环使用的物质除NH₃、CO₂、MnO₂，
故答案为：MnO₂；
（4）①硫酸铜溶液，再加入NaCl和亚硫酸钠，发生氧化还原反应，反应中有氢离子产生，反应的离子方程式为2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺，
故答案为：2Cu²⁺+SO₃^2-+2Cl^-+H₂O=2CuCl↓+SO₄^2-+2H⁺；
②根据图，pH为3～4时CuCl产率最高，
故选c；
③因为CuCl在空气中会被迅速氧化，所以要真空干燥，密封包装，
故答案为：CuCl在空气中会被迅速氧化；
（5）根据反应：CuCl+Fe³⁺═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-；Cr₂O₇ ^2-+6Fe²⁺+14H⁺═7H₂O+2Cr³⁺+6Fe³⁺，可得关系式6CuCl～6Fe²⁺～Cr₂O₇ ^2-，反应中K₂Cr₂O₇的物质的量为ab×10^-3mol，所以CuCl的质量为，根据CuCl的质量分数=$\frac{CuCl的质量}{样品的质量}$×100%=$\frac{6ab×1{0}^{-3}×99.5}{m}$×100%=$\frac{59.7ab}{m}$%，
故答案为：$\frac{59.7ab}{m}$%．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析应用，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，解答该类题目，注意把握实验原理和操作流程的目的，主要是物质性质的理解，题目难度中等．