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2.过渡金属的单质及化合物很多有催化性能,氯化铜、氯化亚铜经常用作有机合成催化剂.实验室中用氯气与粗铜(杂质只有Fe)反应,制备铜的氯化物的流程如图1.

查阅资料:
氯化亚铜:白色微溶于水,在干燥空气中稳定,受潮则易变蓝到棕色,在热水中迅速水解生成氧化铜水合物而呈红色.
氯化铜:从水溶液中结晶时,在15℃以下得到四水物,在15~25.7℃得到三水物,26~42℃得到二水物,在42℃以上得到一水物,在100℃得到无水物.
(1)现用如图2所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应(铁架台、铁夹省略).

①按气流方向连接各仪器接口顺序是:a→d、e→h、i→f、g→b.
②本套装置有两个仪器需要加热,加热的顺序为先A后D,这样做的目的是排出空气,防止铜被氧气氧化.
(2)分析流程:
①固体甲需要加稀盐酸溶解,其理由是抑制氯化铜、氯化铁水解;
②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去杂质,X可选用下列试剂中的(填序号)c.
a.NaOH         b. NH3•H2O       c.CuO      d.Cu
③完成溶液乙到纯净CuCl2•2H2O晶体的系列操作步骤为:加少量盐酸、蒸发浓缩、冷却到26~42℃结晶、过滤、洗涤、干燥.
(3)向溶液乙中加入适当的还原剂(如SO2、N2H4、SnCl2等),并微热得到CuCl沉淀,写出向乙溶液加入N2H4(氧化产物为无毒气体)的离子方程式:4Cu2++4Cl-+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuCl↓+N2↑+4H+.此反应只能微热的原因是微热维持反应发生,温度过高生成氧化铜水合物.
(4)若开始取100g 含铜96%的粗铜与足量Cl2反应,经上述流程只制备CuCl2•2H2O,最终得到干燥产品277g,求制备CuCl2•2H2O的产率108%(精确到1%);分析出现此情况的主要原因在调节溶液pH时,加入CuO反应生成了CuCl2,使产品质量增加.

分析 粗铜中杂质只有Fe,与氯气反应得到固体甲中有氯化铜、氯化铁,用盐酸溶解,抑制氯化铜、氯化铁水解,溶液甲中加入X调节溶液pH,得到溶液乙,经过系列操作得到CuCl2•2H2O,故溶液乙为CuCl2溶液,则调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去,试剂X可以为CuO、氢氧化铜等,结合题目信息可知,氯化铜溶液,加少量盐酸,抑制氯化铜水解,再蒸发浓缩、冷却到26~42℃结晶得到CuCl2•2H2O,再经过过滤、洗涤、干燥得到纯净的晶体.
(1)①A装置制备氯气,C装置吸收氯气中的HCl,E装置干燥氯气,D装置中Cu与氯气反应,B装置吸收未反应的氯气,防止污染空气;
②应先制备氯气,排出装置中空气,防止铜被氧气氧化;
(2)①氯化铜、氯化铁在溶液中会发生水解;
②调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去,且不能引入新杂质;
③结合题目信息可知,氯化铜溶液,加少量盐酸,抑制氯化铜水解,再蒸发浓缩、冷却到26~42℃得到CuCl2•2H2O,再经过过滤、洗涤、干燥得到纯净的晶体;
(3)氯化铜与N2H4反应得到CuCl,氧化产物为无毒气体,即为氮气,由元素守恒可知,反应还生成HCl;
由于CuCl在热水中迅速水解生成氧化铜水合物,应微热维持反应发生,防止CuCl水解生成氧化铜水合物;
(4)根据Cu元素守恒计算CuCl2•2H2O理论质量,进而计算其产率;在调节溶液pH时,加入CuO或氢氧化铜,会导致CuCl2•2H2O质量增大.

解答 解:粗铜中杂质只有Fe,与氯气反应得到固体甲中有氯化铜、氯化铁,用盐酸溶解,抑制氯化铜、氯化铁水解,溶液甲中加入X调节溶液pH,得到溶液乙,经过系列操作得到CuCl2•2H2O,故溶液乙为CuCl2溶液,则调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去,试剂X可以为CuO、氢氧化铜等,结合题目信息可知,氯化铜溶液,加少量盐酸,抑制氯化铜水解,再蒸发浓缩、冷却到26~42℃得到CuCl2•2H2O,再经过过滤、洗涤、干燥得到纯净的晶体.
(1)①A装置制备氯气,C装置吸收氯气中的HCl,E装置干燥氯气,D装置中Cu与氯气反应,B装置吸收未反应的氯气,防止污染空气,按气流方向连接各仪器接口顺序是:a→d、e→h、i→f、g→b,
故答案为:d、e、h、i、f、g、b;
②应先制备氯气,排出装置中空气,防止铜被氧气氧化,故加热的顺序为先A后D,
故答案为:A;D;排出空气,防止铜被氧气氧化;
(2)①氯化铜、氯化铁在溶液中会发生水解,用盐酸溶解,可以抑制氯化铜、氯化铁水解,
故答案为:抑制氯化铜、氯化铁水解;
②调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去,且不能引入新杂质,而氢氧化钠、氨水、硫酸铜均引入杂质,
故选:c;
③结合题目信息可知,氯化铜溶液,加少量盐酸,抑制氯化铜水解,再蒸发浓缩、冷却到26~42℃结晶得到CuCl2•2H2O,再经过过滤、洗涤、干燥得到纯净的晶体,
故答案为:冷却到26~42℃结晶;过滤;
(3)氯化铜与N2H4反应得到CuCl,氧化产物为无毒气体,即为氮气,由元素守恒可知,反应还生成HCl,反应离子方程式为:4Cu2++4Cl-+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuCl↓+N2↑+4H+;由于CuCl在热水中迅速水解生成氧化铜水合物,应微热维持反应发生,防止CuCl水解生成氧化铜水合物;
故答案为:4Cu2++4Cl-+N2H4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4CuCl↓+N2↑+4H+;微热维持反应发生,温度过高生成氧化铜水合物;
(4)根据Cu元素守恒,CuCl2•2H2O理论质量为$\frac{100g×96%}{64g/mol}$×171g/mol=256.5g,故其产率为$\frac{277g}{256.5g}$×100%=108%;在调节溶液pH时,加入CuO反应生成了CuCl2,使产品质量增加,
故答案为:108%;在调节溶液pH时,加入CuO反应生成了CuCl2,使产品质量增加.

点评 本题考查实验制备方案,涉及对装置的分析评价、物质的分离提纯、对操作的分析评价、含量测定等,注意对题目信息的提取应用,侧重考查学生分析解决问题的能力、知识迁移运用能力,难度中等.

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12.氨基甲酸铵(NH2COONH4)是一种白色固体,受热易分解.某小组模拟制备氨基甲酸铵的反应为:2NH3(g)+CO2(g)?NH2COONH4(s)△H<0.(温度对反应的影响比较灵敏)
(1)如图装置和选用的试剂制取氨气,其中错误的是AC.

(2)制备氨基甲酸铵的装置如图所示,把NH3和CO2通入四氯化碳中,不断搅拌混合,生成的氨基甲酸铵的小晶体悬浮在CCl4中. 当悬浮物较多时,停止制备.(注:CCl4与液体石蜡均为惰性介质.)

①发生器用冰水冷却的原因是降温提高反应物转化率、防止产物分解;液体石蜡鼓泡瓶的作用是通过观察气泡,调节NH3与CO2通入比例;双通玻璃管的作用是防止倒吸.
②从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是过滤(填写操作名称).为了得到干燥产品,应采取的方法是c(填写选项序号).
a.常压加热烘干         b.高压加热烘干         c.减压40℃以下烘干
(3)制得的氨基甲酸铵可能含有碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或两种.请利用下列试剂,设计实验方案,对制得的氨基甲酸铵中的杂质进行成分探究.限选试剂:蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、稀盐酸.

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13.随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视,如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2,引起了各国的普遍重视.
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CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示

①从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=0.225mol/(L•min)mol/(L•min).
②该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)c({H}_{2}O)}{c(C{O}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$.
③下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是CD.
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C.将H2O(g)从体系中分离     D.再充入1mol CO2和3mol H2
(2)在载人航天器的生态系统中,不仅要求分离去除CO2,还要求提供充足的O2.某种电化学装置可实现如下转化:2CO2=2CO+O2,CO可用作燃料.
已知该反应的阳极反应为:4OH--4e-=O2↑+2H2O
则阴极反应式为:2CO2+4e-+2H2O=2 CO+4OH-
有人提出,可以设计反应2CO=2C+O2(△H>0、△S<0)来消除CO的污染.请你判断是否可行并说出理由:不可行,该反应是一个焓增、熵减的反应,任何情况下不能自发进行.

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10.下列关于钠的叙述,正确的是(  )
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A.①②③B.③④⑤C.②③⑤D.①③⑤

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17.下列除杂方法正确的是(  )
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⑤除去苯中少量的甲苯:先加足量酸性KMnO4溶液振荡后加足量的NaOH溶液,分液.
A.①②③B.③④⑤C.②④⑤D.②③④

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

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