Question

10．氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）是重要的化工原料，可用作催化剂、消毒剂等，用孔雀石[主要含Cu₂（OH）₂CO₃，还含有少量Fe、Si的化合物]制备氯化铜晶体，方案如图：

已知：有关金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH：

离子种类 pH	Fe3+	Cu2+	Fe2+
开始沉淀	2.7	5.4	8.1
沉淀完全	3.7	6.9	9.6

（1）酸溶时应选择酸的名称为盐酸；若溶液A含有的金属离子有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，则试剂①可选用BE（填字母）．
A．Cu　　B．Cl₂　 C．NH₃•H₂O　　D．NaOH     E．H₂O₂　　F．KMnO₄
（2）加入试剂②的目的是调节pH至a，a的范围是3.7～5.4，写出试剂②的一种可能的化学式CuO、Cu（OH）₂．由溶液C获得CuCl₂•xH₂O，包含4个基本实验操作，这4个基本实验操作依次是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、用无水乙醇洗涤等操作，使用无水乙醇代替水进行洗涤的主要原因是防止CuCl₂•xH₂O晶体溶解损失．
（3）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）中x值，有同学设计了如下两种实验方案：
①称取一定质量的晶体加热使其失去结晶水，称量所得无水CuCl₂的质量．该方案存在的问题是CuCl₂•xH₂O晶体加热时会发生水解．
②称取ag晶体、加入足量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、加热沉淀至质量不再减轻为止，称量所得固体的质量为bg．则x=$\frac{80a-135b}{18b}$（用含a、b的代数式表示）．

Answer 1

分析 孔雀石用盐酸溶解，主要成份Cu₂（OH）₂CO₃与其反应生成二氧化碳和氯化铜，以及铁的氯化物，其中的二氧化硅是酸性氧化物不溶解，然后加入氧化剂将亚铁转化为易除的铁离子，过滤，将滤液在酸性条件下蒸发结晶，得到氯化铜晶体，
（1）因为要制备氯化铜晶体，为不引入新的杂质，所以加入盐酸；加入氧化剂不能引入新的杂质，所以选用氯气或者过氧化氢；
（2）由工艺流程转化关系可知，试剂②应为调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，不能沉淀Cu²⁺，结合金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH选择pH的范围，试剂②可以是氧化铜、氢氧化铜、碳酸铜或者碱式碳酸铜，由溶液到晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等．使用无水乙醇代替水进行洗涤，防止CuCl₂•xH₂O晶体溶解损失；
（3）①CuCl₂•xH₂O晶体加热时会发生水解；
②加热沉淀至质量不再减轻为止，b g为CuO质量，根据铜元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），再结合m=nM计算x的值．

解答 解：孔雀石用盐酸溶解，主要成份Cu₂（OH）₂CO₃与其反应生成二氧化碳和氯化铜，以及铁的氯化物，其中的二氧化硅是酸性氧化物不溶解，然后加入氧化剂将亚铁转化为易除的铁离子，过滤，将滤液在酸性条件下蒸发结晶，得到氯化铜晶体，
（1）因为要制备氯化铜晶体，为不引入新的杂质，所以加入盐酸；加入氧化剂不能引入新的杂质，所以选用氯气或过氧化氢，故答案为：盐酸；BE；
（2）由工艺流程转化关系可知，试剂②应为调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，不能沉淀Cu²⁺，由金属离子从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH可知，Fe³⁺从pH=2.7开始沉淀，在pH=3.7沉淀完全，Cu²⁺从pH=5.4开始沉淀，所以应该可知pH范围为3.7～5.4，所以试剂②可以是氧化铜、氢氧化铜、碳酸铜或者碱式碳酸铜，由溶液获得CuCl₂•xH₂O晶体需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等；氯化铜易溶于水，使用无水乙醇代替水进行洗涤，防止CuCl₂•xH₂O晶体溶解损失．
故答案为：3.7～5.4；CuO、Cu（OH）₂；蒸发浓缩、冷却结晶；防止CuCl₂•xH₂O晶体溶解损失；
（3）①CuCl₂•xH₂O晶体加热时会发生水解CuCl₂+2H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，有HCl气体放出，CuCl₂质量偏小，测得x值偏大，故答案为：CuCl₂•xH₂O晶体加热时会发生水解；
②b g为CuO质量为$\frac{bg}{80g/mol}$=$\frac{b}{80}$mol，根据铜元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），所以ag=$\frac{b}{80}$mol×（135+18x）g/mol，解得，x=$\frac{80a-135b}{18b}$，
故答案为：$\frac{80a-135b}{18b}$．

点评 考查阅读获取信息能力、对工艺流程理解与实验条件控制、实验方案的评价、化学计算、物质分离提纯除杂等有关实验操作以及在新情境下综合运用知识解决问题的能力．题目难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息解决问题的能力，注意基础知识的全面掌握．