Question

氯化铜是一种广泛用于生产颜料、木材防腐剂等的化工产品．某研究性学习小组用粗铜（含杂质Fe）按图1所示流程制备氯化铜晶体（CuCl₂?H₂O）．
请回答下列问题：
（1）实验室采用如图2所示的装置制取固体l（加热仪器和夹持装置已略去）．
①仪器a的名称是

 

；装置B中的试剂为

 

．
②装置A中反应的离子方程式为

 

．
③装置D中的试剂为

 

，其作用是

 

．
（2）在除去溶液1中的Fe³⁺时，加入试剂X用于调节pH以除去杂质．
①X可选用下列试剂中的

 

（填字母代号）．
A．Na₂CO₃ B．NH₃?H₂O C．CuO D．CuSO₄
②为使CuCl₂溶液中的Fe³⁺完全除去，根据如表数据，溶液pH范围应保持在

 

．
当溶液的pH=4时，c（Fe³⁺）=

 

mol/L．[Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38]

离子	Fe3+	Cu2+
氢氧化物开始沉淀时的pH	1.9	4.7
氢氧化物完全沉淀时的pH	3.2	6.7

（3）在溶液2转化为CuCl₂?2H₂O的操作过程中，发现溶液颜色由蓝色变为绿色．已知如下转化关系：
Cu（H₂O）

2+ 4

（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl

2- 4

（aq）+4H₂O（l）
请设计合理的实验方案证明CuCl₂溶液中存在上述转化关系：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,铜金属及其重要化合物的主要性质

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：（1）粗铜为Fe、Cu的混合物，与氯气反应生成固体1的主要成分为CuCl₂和FeCl₃，实验室采用如图2所示的装置制取固体l，制备原理为二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯气，应浓硫酸干燥后与粗铜在加热条件下反应生成CuCl₂和FeCl₃，多于的氯气用氢氧化钠溶液吸收，以防污染空气；
（2）除去CuCl₂和FeCl₃混合溶液中的Fe³⁺，应调节溶液pH3.2～4.7之间，可加入CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃等物质，注意不能引入新的杂质；
（3）Cu（H₂O）₄²⁺为蓝色，CuCl₄^2-为黄色，溶液颜色由蓝色变为绿色，可改变Cu（H₂O）₄²⁺或CuCl₄^2-的浓度．

解答： 解：（1）①由装置图可知a为分液漏斗，b中的试剂为浓硫酸，故答案为：分液漏斗；浓硫酸；
②二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应生成氯气，反应的离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
③装置D中的试剂为氢氧化钠溶液，可用于吸收多余的氯气，生成氯化钠和此次氯酸钠，防止污染环境，
故答案为：NaOH溶液； 吸收多余的氯气，防止污染空气；
（2）①可加入CuO、Cu（OH）₂、CuCO₃等物质，注意不能引入新的杂质，题中只有C符合，故答案为：C；
②为使CuCl₂溶液中的Fe³⁺完全除去，应调节溶液pH介于3.2～4.7之间，可保证Fe³⁺完全除去，而不影响Cu²⁺，
当溶液的pH=4时，c（OH^-）=1×10^-10 mol?L^-1，则c（Fe³⁺）=

4.0×10-38

(1.0×10-10)3

mol?L^-1=4.0×10^-8 mol?L^-1，
故答案为：3.2～4.7；4.0×10^-8；
（3）Cu（H₂O）₄²⁺为蓝色，CuCl₄^2-为黄色，溶液颜色由蓝色变为绿色，如取氯化铜晶体配制成蓝绿色溶液，然后向溶液中加水稀释，溶液变为蓝色或向溶液中加入CuCl₂晶体，溶液变为绿色，可证明溶液中存在Cu（H₂O）₄²⁺（aq）+4Cl^-（aq）?CuCl₄^2-（aq）+4H₂O（l）的平衡，
故答案为：取氯化铜晶体配制成蓝绿色溶液，然后向溶液中加水稀释，溶液变为蓝色；或向溶液中加入CuCl₂晶体，溶液变为绿色等．

点评：本题考查学生对工艺流程理解、实验装置的理解、平衡移动、平衡常数，物质分离提纯等，难度中等，需要学生具有基本扎实的基础与综合运用能力，（2）中②可以根据借助溶度积常数进行计算．