Question

从生产印刷电路板（生产原理：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂）的废液中提取CuCl₂?2H₂O晶体．实验流程如下：

室温下，相关物质的溶度积常数如下表：

物质	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
Ksp	2.2×10-20	8.0×10-16	4.0×10-38

（1）上述流程中试剂X可以选用

 

（填化学式）．反应Ⅱ调节溶液的pH为4.0，此时溶液中的c（Fe³⁺）=

 

．”浓缩结晶”须在低温下进行，其原因是

 

．
（2）为控制试剂X的用量，对“废液”的组成进行如下测定：取20mL废液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得到的沉淀经过滤、洗涤、干燥，称量得17.22g；另取20mL废液，加入NaOH溶液至pH为4.0，将生成的沉淀经过滤、洗涤、灼烧至恒重，冷却后称量得0.64g．试计算废液中各种金属离子的物质的量浓度（写出计算过程）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：废液中含有FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂等，从废液中提取CuCl₂?2H₂O晶体，可先加入氯水或过氧化氢等氧化剂将FeCl₂氧化生成FeCl₃，然后加入氢氧化铜调节溶液pH为4.0，得到沉淀Fe（OH）₃，过滤后滤液中的成分主要为CuCl₂，经浓缩结晶可得到CuCl₂?2H₂O晶体，
17.22g沉淀为氯化银；pH调至4.0时，产生的沉淀为氢氧化铁，氢氧化铁受热分解为氧化铁和水，氧化铁为0.64g，可求出铁离子浓度，根据2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺和电荷守恒可求得亚铁离子和铜离子浓度．

解答： 解：废液中含有FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂等，从废液中提取CuCl₂?2H₂O晶体，可先加入氯水或过氧化氢等氧化剂将FeCl₂氧化生成FeCl₃，然后加入氢氧化铜调节溶液pH为4.0，得到沉淀Fe（OH）₃，过滤后滤液中的成分主要为CuCl₂，经浓缩结晶可得到CuCl₂?2H₂O晶体，
（1）试剂X为氧化剂，将FeCl₂氧化生成FeCl₃，可加入Cl₂ 或H₂O₂，避免引入新杂质，反应Ⅱ调节溶液的pH为4.0，此时c（OH^-）=10^-10mol/L，则c（Fe³⁺）=

4.0×10-38

(10-10)3

mol/L=4.0×10^-8mol/L，因氯化铜易水解，为防止水解生成氢氧化铜，应在低温下浓缩结晶，
故答案为：Cl₂ 或H₂O₂；4.0×10^-8mol/L；抑制CuCl₂水解；
（2）n（Cl^-）=

17.22g

143.5g/mol

=0.12mol，
另取20mL废液，加入NaOH溶液至pH为4.0，将生成的沉淀经过滤、洗涤、灼烧至恒重，冷却后称量得0.64gFe₂O₃，物质的量为

0.64g

160g/mol

=0.004mol，
n（Fe³⁺）=0.008mol，c（Fe³⁺）=

0.008mol

0.02L

=0.4mol/L，
由2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺可知2n（Cu²⁺）=n（Fe²⁺），
由电荷守恒可知，3n（Fe³⁺）+2n（Cu²⁺）+2n（Fe²⁺）=n（Cl^-），
即n（Cu²⁺）+n（Fe²⁺）=

1

2

（0.12mol-0.008mol×3）=0.048mol，
n（Cu²⁺）+n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）+2n（Cu²⁺）=0.048mol，
求得：n（Cu²⁺）=0.016mol，c（Cu²⁺）=

0.016mol

0.02L

=0.8 mol?L^-1，则
n（Fe²⁺）=2n（Cu²⁺）=0.032mol，c（Fe²⁺）=

0.032mol

0.02L

=1.6 mol?L^-1，
答：废液中各种金属离子的物质的量浓度分别为c（Fe³⁺）=0.4 mol?L^-1；c（Cu²⁺）=0.8 mol?L^-1 ；c（Fe²⁺）=1.6 mol?L^-1．

点评：本题综合考查物质的分离、提纯，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握题给信息，从电荷守恒的角度解答，难度较大．