Question

工业上制取纯净的CuCl₂?2H₂O的主要过程是：①将粗氧化铜（含少量Fe）溶解于稀盐酸中，加热，调节滤液的PH为3；②对①所得滤液按下列步骤进行操作：

已知Cu²⁺、Fe²⁺在PH为4～5时不水解，而Fe³⁺却几乎完全水解而沉淀．请回答下列问题：
（1）X是（填化学式）

 

，其反应的离子方程式为

 

；
（2）Y可选择下列物质中的（填编号）

 

①Cu    ②CuO固体    ③Cu（OH）₂固体    ④NaOH固体
（3）溶液乙在蒸发结晶时应注意

 

．
（4）向盛有1mL 0.1mol/L CuCl₂溶液的试管中滴加2滴（1滴约0.05mL）2mol/L NaOH溶液，有蓝色沉淀生成，再滴加2滴0.1mol/LFeCl₃溶液，静置．可以观察到的现象是

 

，产生该现象的原因是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：①的滤液中含有亚铁离子、铜离子、氯离子，加入氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子，然后加入Y调节溶液的pH，将铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去，得到的溶液乙为氯化铜溶液，然后在持续通入HCl气体并不断搅拌条件下蒸发溶液乙获得氯化铜晶体，
（1）依据流程图可知实验目的是制备氯化铜晶体，需要除去亚铁离子，加入的X为氧化剂，但不能引入新的杂质，据此判断X；双氧水与亚铁离子发生氧化还原反应生成 铁离子和水；
（2）Y物质应调节溶液的酸性，调节溶液PH时铁离子全部沉淀，铜离子不能沉淀且不能引入新的杂质离子；
（3）根据制备流程可知，溶液乙为氯化铜溶液，氯化铜水溶液蒸发浓缩，铜离子水解，所以在对溶液乙蒸发结晶时需要在氯化氢气流中蒸发析出晶体；
（4）Fe（OH）₃比Cu（OH）₂更难溶，沉淀向着更难溶的物质转化．

解答： 解：根据题中信息可知，①的滤液中含有亚铁离子、铜离子、氯离子，加入氧化剂将亚铁离子氧化成铁离子，然后加入Y调节溶液的pH，将铁离子转化成氢氧化铁沉淀除去，得到的溶液乙为氯化铜溶液，然后在持续通入HCl气体并不断搅拌条件下蒸发溶液乙获得氯化铜晶体，
（1）依据流程图可知实验目的是制备氯化铜晶体，需要除去亚铁离子，加入的X为氧化剂，但不能引入新的杂质，过氧化氢具有强氧化性，且反应后生成水，则过氧化氢为最佳试剂；过氧化氢与亚铁离子反应的离子方程式为：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：H₂O₂； H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）Y物质应调节溶液的酸性，调节溶液PH时铁离子全部沉淀，铜离子不能沉淀且不能引入新的杂质离子，实验需要加入和酸反应的固体物质，如CuO或Cu（OH）₂、CuCO₃；铜和氢离子不反应，不能调节pH，氢氧化钠会引进新的杂质离子，则Y物质不能选用氢氧化钠，所以②③正确，
故答案为：②③；
（3）乙溶液为氯化铜溶液，氯化铜水溶液蒸发浓缩，铜离子水解，CuCl₂+H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，生成的氯化氢挥发，加热促进水解正向进行，得到氢氧化铜，灼烧后得到的固体为CuO，所以实验需要在氯化氢气流中蒸发，抑制水解反应进行，待出现固体时，冷却结晶得到氯化铜晶体，
故答案为：持续通入HCl气体并不断搅拌，且溶液不能蒸干；
（4）氯化铜容液会和氢氧化钠反应生成氢氧化铜蓝色沉淀，Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），滴入的FeCl₃溶液电离的Fe³⁺与溶解平衡产生的OH^-反应生成溶度积更小（或更难溶）的Fe（OH）₃，所以蓝色沉淀转化为红褐色的沉淀，由于Fe（OH）₃比Cu（OH）₂更难溶，使Cu（OH）₂的溶解平衡继续向右移动，直至Cu（OH）₂全部转化为Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：蓝色沉淀转变为红褐色沉淀；因为开始生成的蓝色沉淀Cu（OH）₂存在溶解平衡Cu（OH）₂（s）?Cu²⁺（aq）+2OH^-（aq），滴入的FeCl₃溶液电离的Fe³⁺与溶解平衡产生的OH^-反应生成溶度积更小（或更难溶）的Fe（OH）₃，使Cu（OH）₂的溶解平衡继续向右移动，直至Cu（OH）₂全部转化为Fe（OH）₃沉淀．

点评：本题考查了物质制备实验方案的设计、物质的分离与提纯方法综合应用，题目难度中等，明确制备流程及反应原理为解答关键，需要注意除杂不能引入新的杂质，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．