Question

电子工业常用FeCl₃溶液腐蚀印刷电路板上不需要的铜箔，最后得到含FeCl₃、FeCl₂杂质的CuCl₂溶液．某化学兴趣小组设计下列方案，从该废液中除去FeCl₃、FeCl₂杂质，制取纯净的CuCl₂．
请回答下列问题：
（1）在①步操作中使用了氧化剂，下列氧化剂中一定不能使用的是

 

A．Cl₂     B．NaClO     C．H₂O₂    D．KMnO₄      E．O₃
（2）②步操作中的“沉淀剂”可以是下列中的

 

A．NaOH   B．NH₃?H₂O  C．CuO     D．Cu₂（OH）₂CO₃  E．Fe₂O₃
用一种你选择的沉淀剂，分步写出除去杂质的离子方程式：

 

．
（3）最后将滤液在HCl气流中蒸干，其目的是，如果将滤液直接加热蒸干，最后得到的固体可能是．
（4）设常温下各沉淀的溶度积近似为：Ksp[Cu（OH）₂]=10-20、Ksp[Fe（OH）₃]=10^-38、Ksp[Fe（OH）₂]=10^-16；通常，人们把浓度小于10^-5 mol/L的离子视为“不存在”．根据所给条件，完成下列问题：
①如果该废液中CuCl₂的浓度为1mol/L，在加沉淀剂时应调节溶液的pH值范围为：．
②如果对废液不先用氧化剂，而是直接加入沉淀剂，带来的后果是：

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：从该废液中除去FeCl₃、FeCl₂杂质，制取纯净的CuCl₂工艺流程如下：加入氧化剂，将氯化亚铁氧化为氯化铁，加入沉淀剂调节溶液的PH使铁离子形成氢氧化铁沉淀，过滤，滤液为CuCl₂溶液，在HCl气流中蒸干得到氯化铜．
（1）根据加入的氧化剂需氧化亚铁离子，但不能引入杂质影响制取纯净的CuCl₂；
（2）根据加入的沉淀剂能使铁离子形成沉淀，且不引入新的杂质分析解答；
（3）氯化铜中的铜离子易水解，在酸性环境下可以抑制水解，如果将滤液直接加热蒸干，最后得到的固体可能是Cu（OH）₂（包含CuO）；
（4）①依据氢氧化铜饱和溶液中溶度积常数计算溶液中的氢离子浓度计算pH；结合氢氧化铁溶度积和残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol?L^-1时就认为沉淀完全；
②如果对废液不先用氧化剂，而是直接加入沉淀剂，带来的后果是不能除去Fe²⁺或者杂质除去时CuCl₂已完全沉淀而除去了；

解答： 解：（1）因亚铁离子和次氯酸钠反应生成氢氧化铁、氯离子和铁离子，6Fe²⁺+3ClO^-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3Cl^-+4Fe³⁺，生成氢氧化铁，引入氯化钠杂质所以不选，因亚铁离子和高锰酸钾反应MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，引入锰离子，所以不选，A．Cl₂ C．H₂O₂ E．O₃，氧化亚铁离子不引入杂质，所以能选，
故答案为：BD；
（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⁺，且不能引入新的杂质，可利用Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入沉淀剂使平衡右移，
A．氢氧化钠不仅和铁离子反应形成沉淀，也和铜离子反应形成沉淀，故A错误；
B．氨水不仅和铁离子反应形成沉淀，也和铜离子反应形成沉淀，故B错误；
C．CuO难溶于水和H⁺反应，CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O 溶液pH增大，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，不引入杂质，故C正确；
D．Cu₂（OH）₂CO₃ 难溶于水，中和H⁺，Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑，溶液pH增大，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，不引入杂质，故D正确；
E．Fe₂O₃难溶于水，无法除去溶于中的铁离子，故E错误；
故答案为：CD；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O 或Cu₂（OH）₂CO₃+4H⁺=2Cu²⁺+3H₂O+CO₂↑；
（3）氯化铜中的铜离子易水解，在干燥的HCl气流中，抑制了CuCl₂水解，且带走CuCl₂受热产生的水汽，故能得到无水CuCl₂，如果将滤液直接加热蒸干，最后得到的固体可能是Cu（OH）₂（包含CuO），
故答案为：抑制CuCl₂水解；Cu（OH）₂（包含CuO亦可）；
（4）①Cu（OH）₂的溶度积K_sp=1.0×10^-20，溶液中CuSO₄的浓度为1.0mol?L^-1，c（Cu²⁺）=1.0mol?L^-1；依据溶度积常数c（Cu²⁺）×c²（OH^-）=1.0×10^-20；c²（OH^-）=

1.0×10-20

1.0

=10^-20；得到c（OH^-）=10^-10mol/L，依据水溶液中的离子积c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；求的c（H⁺）=10^-4mol/L，溶液pH=4，则Cu（OH）₂开始沉淀时溶液的pH为4；
残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol?L^-1时就认为沉淀完全，Fe（OH）₃的溶度积K_sp=1.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-38；c³（OH^-）=

1.0×10-38

1.0×10-5

=1.0×10^-33；求的c（OH^-）=1×10^-11mol/L；水溶液中的离子积c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=1×10^-4mol/L，则pH=3；通过计算可知pH=4能达到除去Fe³⁺而不损失Cu²⁺的目的，
故答案为：3≤pH＜4；
②根据以上分析，如果对废液不先用氧化剂，而是直接加入沉淀剂，带来的后果是不能除去Fe²⁺或者杂质除去时CuCl₂已完全沉淀而除去了，
故答案为：不能除去Fe²⁺或者杂质除去时CuCl₂已完全沉淀而除去了；

点评：本题考查化学工艺流程、元素化合物性质等，掌握元素化合物的性质、混合物的分离、提纯方法是解决本题的关键，注意沉淀转化的原理应用，除杂的原理应用，主要是溶解沉淀的转化关系的分析应用，题目难度中等．