Question

某煉鐵廢渣中含有大量CuS及少量鐵的化合物，工業(yè)上以該廢渣為原料生產(chǎn)CuCl₂?2H₂O的工藝流程如圖1：

已知：焙燒過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：CuS+2NaCl+2O₂ 

高溫  .

 CuCl₂+Na₂SO₄，回答下列問(wèn)題：
（1）試劑A應(yīng)選用

 

．（填編號(hào)）
①NaClO　　　�、贑l₂
③H₂O₂溶液　　 ④濃硫酸
理由是

 

．
（2）分析有關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線（如圖2），為了獲得CuCl₂?2H₂O晶體，對(duì)濾液B進(jìn)行的操作是：
①加入濃鹽酸，其作用是：

 

②

 

得Na₂SO₄晶體．
③將母液

 

得CuCl₂?2H₂O晶體．
（3）已知：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
為了測(cè)定CuCl₂?2H₂O產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可按如下方法進(jìn)行：取ag產(chǎn)品，用水溶解后，加入足量的KI溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾、洗滌，將濾液稀釋至250mL，取25.00mL加入淀粉溶液作指示劑，用0.080mol?L^-1 Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)，四次平行實(shí)驗(yàn)耗去Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4
消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液（mL）	25.00	25.02	26.20	24.98

此產(chǎn)品中CuCl₂?2H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．（用含a的最簡(jiǎn)表達(dá)式表示）
（4）氫化亞銅是一種紅色固體，可由下列反應(yīng)制備：
4CuCl₂+3H₃PO₂+6H₂O═4CuH↓+8HCl+3H₃PO₄．該反應(yīng)每轉(zhuǎn)移3mol電子，生成CuH的物質(zhì)的量為

 

．
（5）氯化銅溶液中銅各物種的分布分?jǐn)?shù)（平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù)）與c（Cl^-）的關(guān)系如圖3．

①當(dāng)c（Cl^-）=9mol?L^-1時(shí)，溶液中主要的3種含銅物種濃度大小關(guān)系為：c（CuCl₂）＞c（

 

）＞c（

 

）．
②在c（Cl^-）=1mol?L^-1的氯化銅溶液中，滴入AgNO₃溶液，完成其中一個(gè)含銅物種間轉(zhuǎn)化的離子方程式為：

 

（6）欲實(shí)現(xiàn)Cu+H₂SO₄═CuSO₄+H₂，在圖4中你認(rèn)為能實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)化的裝置中的括號(hào)內(nèi)，標(biāo)出電極材料

 

（填“Cu”或“C”）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,原電池和電解池的工作原理,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：流程分析廢渣粉碎加入氯化鈉，通入空氣焙燒后加入鹽酸酸浸，加入試劑A是氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子沉淀；過(guò)濾后的濾液中主要是氯化銅溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶得到氯化銅晶體；
（1）試劑A滿足能把亞鐵離子氧化為鐵離子和調(diào)節(jié)PH使酸性減弱兩個(gè)功能；
（2）①加入濃鹽酸，其作用是抑制Cu²⁺水解；
②溶液中得到晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌；
③蒸發(fā)濃縮后，由于同溫下硫酸鈉的溶解度小，會(huì)有大量硫酸鈉析出；40°C時(shí)硫酸鈉溶解度最大，硫酸鈉最不容易析出，為了得到更多的析出CuCl₂?2H₂O晶體，溫度略低于40℃的范圍；
（3）2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；得到定量關(guān)系2Cu²⁺～2S₂O₃^2-計(jì)算；硫代硫酸鈉溶液消耗的體積第三組數(shù)據(jù)誤差大舍去；
（4）依據(jù)元素化合價(jià)變化和電子守恒計(jì)算分析得到；
（5）①?gòu)膱D上在c（Cl^-）=9mol?L^-1處，做一條平行與縱軸的虛線，可以比較；
②從圖上在c（Cl^-）=1mol?L^-1處，做一條平行與縱軸的虛線，看哪種微粒最多；
（6）Cu和H₂SO₄之間的反應(yīng)是非自發(fā)的，需要電解池實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電解池的構(gòu)成條件來(lái)回答．

解答： 解：（1）NaClO、Cl₂、H₂O₂溶液、濃硫酸均能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，但氯水和硫酸溶液均呈酸性，NaClO溶液呈堿性，故可以起到調(diào)節(jié)PH的作用，
故答案為：①；NaClO能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且溶液顯堿性，能增大溶液pH使Fe³⁺沉淀；
（2）①加入濃鹽酸，其作用是抑制Cu²⁺水解，提高CuCl₂.2H₂O的產(chǎn)率；
故答案為：抑制Cu²⁺水解，提高CuCl₂.2H₂O的產(chǎn)率；
②溶液中得到晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，趁熱過(guò)濾；
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、趁熱過(guò)濾；
③由圖乙可知硫酸鈉的溶解度較小而且溫度較高時(shí)隨溫度的變化不大，為了防止氯化銅晶體的析出，必須趁熱過(guò)濾，加熱濃縮時(shí)會(huì)有大量的硫酸鈉析出；冷卻結(jié)晶時(shí)盡量保證硫酸鈉不析出，而40攝氏度時(shí)硫酸鈉溶解度最大，為了能析出更多的CuCl₂?2H₂O晶體，故適宜溫度為35～40℃．
故答案為：冷卻到30-35℃結(jié)晶、過(guò)濾；
（3）2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；得到定量關(guān)系2Cu²⁺～2S₂O₃^2-計(jì)算；硫代硫酸鈉溶液消耗的體積第三組數(shù)據(jù)誤差大舍去得到消耗溶液體積平均為=

25.00+25.02+24.98

3

ml=25ml；
   Cu²⁺～S₂O₃^2-
   1       1
   n      0.0250L×0.080mol?L^-1 
n=0.002mol；
250mL溶液中含有CuCl₂?2H₂O物質(zhì)的量=0.002mol×

250

25

=0.02mol
此產(chǎn)品中CuCl₂?2H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.02mol×171g/mol

ag

×100%=

342

a

%；
故答案為：

342

a

%；
（4）從反應(yīng)4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄分析，Cu從+2價(jià)變成+1，4molCu得到4mol電子，H從+1價(jià)變成-1價(jià)，4mol-1價(jià)的H得到8mol電子，共得電子12mol，P從+1價(jià)變成+5價(jià)，3molP共失電子12mol．還原劑化合價(jià)升高，故該反應(yīng)的還原劑是H₃PO₂．每生成4molCuH轉(zhuǎn)移電子12mol，所以，轉(zhuǎn)移電子3mol時(shí)應(yīng)生成CuH1mol；
故答案為：1mol；
（5）①在c（Cl^-）=9mol?L^-1處，做一條平行與縱軸的虛線，可見(jiàn)溶液中主要含銅物種濃度大小關(guān)系為：c（CuCl₂）＞c（CuCl⁺）＞c（CuCl₃^-）＞c（Cu²⁺）＞c（CuCl₄^2-），
故答案為：CuCl⁺；CuCl₃^-；
②從圖上可見(jiàn)，在c（Cl^-）=1mol?L^-1的氯化銅溶液中，主要是Cu²⁺與Cl^-結(jié)合生成CuCl⁺，方程式為：Cu²⁺+Cl^-═CuCl⁺或CuCl⁺+Ag⁺=AgCl↓+Cu²⁺；
故答案為：CuCl⁺+Ag⁺=AgCl↓+Cu²⁺；
（6）Cu和H₂SO₄之間的反應(yīng)是非自發(fā)的，需要電解池實(shí)現(xiàn)，金屬銅作陽(yáng)極，陰極是導(dǎo)體即可，電解質(zhì)為硫酸，即：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及蓋斯定律的應(yīng)用、電解精煉金屬、氧化還原反應(yīng)、離子濃度大小比較、原電池原電解池理分析，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)等知識(shí)點(diǎn)，電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)是高考熱點(diǎn)，應(yīng)重點(diǎn)掌握．