Question

17．氯化亚铜（CuCl）常用作有机合成工业中的催化剂，是一种白色粉末；微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸．工业上采用如下工艺流程，从某酸性废液（主要含Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、Cl^-）中制备氯化亚铜文字．

请回答下列问题：
（1）写出步骤①中发生的两个主要反应的离子方程式：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺或Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）步骤②的操作名称是：过滤、洗涤．
（3）步骤④中所加物质X为：CuO或Cu（OH）₂或CuCO₃等．
（4）步骤⑤的操作是：在HCl气流中蒸发结晶．
（5）步骤⑥应调节溶液pH呈酸性，且用乙醇洗涤CuCl晶体，目的是：减少CuCl的损失．
（6）在CuCl的生成过程中，可以循环利用的物质是硫酸，理论上否（填“是”或“否”）需要补充（不考虑调节等消耗）；理由是Cu与浓硫酸反应生成CuSO₄和SO₂的物质的量为1：1，而生产CuCl的过程中消耗CuSO₄和SO₂的物质的量也为1﹕1，所以理论上不需要补充H₂SO₄．
（7）工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl₂溶液得到CuCl．写出电解CuCl₂溶液中的阴极上发生的电极反应Cu²⁺+Cl^-+e^-=CuCl↓．

Answer 1

分析 从某酸性废液（主要含Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、Cl^-）中制备氯化亚铜，向工业上以某酸性废液（含Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、Cl^-）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，酸性废液调节pH值使铁离子沉淀，过滤得氯化铜溶液，氯化铜、硫酸铜、二氧化硫反应生成氯化亚铜和硫酸，硫酸可以再循环利用，
（1）步骤①中铁能与铜离子及铁离子反应生成铜和亚铁离子等，同时铁也与酸性废液中的酸反应生成氢气；
（2）步骤②中从溶液中分离出固体物质过量的铁和生成的铜，据此答题；
（3）步骤④中为调节溶液的pH值，要能与酸反应同时不引入新的杂质，据此确定所加物质X；
（4）步骤⑤的操作是从氯化铜溶液中获得氯化铜晶体，要防止铜离子水解；
（5）CuCl微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸，所以要用乙醇洗涤CuCl晶体；
（6）根据流程分析可知，硫酸可以循环利用，根据反应中硫元素守恒判断是否需要补充硫酸；
（7）电解CuCl₂溶液，阴极上是铜离子得电子生成亚铜离子，亚铜离子结合氯离子生成氯化亚铜沉淀．

解答 解：从某酸性废液（主要含Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、Cl^-）中制备氯化亚铜，向工业上以某酸性废液（含Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺、Cl^-）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，酸性废液调节pH值使铁离子沉淀，过滤得氯化铜溶液，氯化铜、硫酸铜、二氧化硫反应生成氯化亚铜和硫酸，硫酸可以再循环利用，
（1）步骤①中铁能与铜离子及铁离子反应生成铜和亚铁离子等，同时铁也与酸性废液中的酸反应生成氢气，涉及的离子方程式为Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺或Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）步骤②中从溶液中分离出固体物质过量的铁和生成的铜，所以步骤②的操作名称是过滤、洗涤，
故答案为：过滤、洗涤；
（3）步骤④中为调节溶液的pH值，要能与酸反应同时不引入新的杂质，所以物质X为CuO或Cu （OH）₂或CuCO₃等，
故答案为：CuO或Cu （OH）₂或CuCO₃等；
（4）步骤⑤的操作是从氯化铜溶液中获得氯化铜晶体，要防止铜离子水解，所以步骤⑤的操作是在HCl气流中蒸发结晶，
故答案为：在HCl气流中蒸发结晶；
（5）CuCl微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸，所以要用乙醇洗涤CuCl晶体，减少CuCl的损失，
故答案为：减少CuCl的损失；
（6）根据流程分析可知，硫酸可以循环利用，Cu与浓硫酸反应生成CuSO₄和 SO₂的物质的量为1：1，而生产CuCl的过程中消耗CuSO₄和SO₂的物质的量也为1﹕1，所以理论上不需要补充H₂SO₄，
故答案为：硫酸；否；Cu与浓硫酸反应生成CuSO₄和 SO₂的物质的量为1：1，而生产CuCl的过程中消耗CuSO₄和SO₂的物质的量也为1﹕1，所以理论上不需要补充H₂SO₄；
（7）电解CuCl₂溶液，阴极上是铜离子得电子生成亚铜离子，亚铜离子结合氯离子生成氯化亚铜沉淀，电极反应式为 Cu²⁺+Cl^-+e^-=CuCl↓，
故答案为：Cu²⁺+Cl^-+e^-=CuCl↓．

点评 本题考查了CuCl的生产工艺流程，为高考热点和难点，涉及物质的分离、物质的制备，明确物质的性质是解题关键，注意物质性质的理解应用，题目难度中等．