Question

2．高氯酸铜[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]易溶于水，120℃开始分解，常用于生产电极和作催化剂等．可由氯化铜通过下列反应制备：2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl；Cu₂（OH）₂CO₃+4HClO₄+9H₂O═2Cu（ClO₄）₂•6H₂O+CO₂↑．HClO₄是易挥发的发烟液体，温度高于130℃易爆炸．下表列出相应金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1mol•L^-1）：

金属离子	开始沉淀	沉淀完全
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Cu2+	4.7	6.7

（1）将CuCl₂和Na₂CO₃用研钵分别研细，加入适量的沸水，搅拌，加热成蓝棕色溶液．静置、冷却、过滤、洗涤得蓝色Cu₂（OH）₂CO₃沉淀．
①把反应物研细的目的是增大反应物之间的接触面积，使反应速率增大．
②检验沉淀是否洗涤干净，应选用试剂是HNO₃和AgNO₃溶液．
（2）向Cu₂（OH）₂CO₃沉淀中滴加稍过量的HClO₄小心搅拌，适度加热后得到蓝色Cu（ClO₄）₂溶液同时会产生大量的白雾．
①大量的白雾的成分是HClO₄（填化学式）．
②适度加热但温度不能过高的原因是防止HClO₄、Cu（ClO₄）₂分解．
（3）25℃时，若调节溶液pH=3，则溶液中的Fe³⁺的物质的量浓度为2.64×10^-6mol•L^-1．（已知25℃时，Fe（OH）₃的K_sp=2.64×10^-39）
（4）某研究小组欲用粗CuCl₂固体（含Fe²⁺）制备纯净的无水氯化铜固体．请补充完整由粗CuCl₂固体制备纯净的无水氯化铜固体的实验步骤（可选用的试剂：蒸馏水、稀盐酸、双氧水溶液和氨水）：①将粗CuCl₂固体溶于蒸馏水，滴入少量的稀盐酸；②加入适量双氧水溶液并充分混合，再加入适量氨水调节溶液pH至3.2～4.7，过滤；③将滤液将滤液加热浓缩，冷却结晶，过滤、（冰水）洗涤，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶体；④将将 CuCl₂•2H₂O晶体在HCl气氛中加热至质量不再变化为止，得到无水氯化铜固体．

Answer 1

分析 本题是利用氯化铜和高氯酸制备高氯酸铜的工业流程题，涉及为加快固体溶解通常研细成粉末、利用HNO₃和AgNO₃溶液检验溶液里的氯离子以及利用水解原理制备无水氯化铜的基本操作，在制备高氯酸铜时因HClO₄是易挥发的发烟液体可看到白雾，温度高于130℃高氯酸易爆炸，因此易控制温度不易太高，根据固体溶度积常数公式计算Fe³⁺在调节溶液PH时溶液里的离子浓度，据此可作答；
（1）①根据影响反应速率的因素分析；
②根据反应2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl可知，沉淀表面可能沾有氯化钠，故检验沉淀是否洗涤干净，可检验氯离子的存在，应选用试剂是 HNO₃和AgNO₃溶液；
（2）①根据HClO₄是易挥发的发烟液体，可推知大量的白雾的成分是HClO₄；
②根据高氯酸铜[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]120℃开始分解，HClO₄是易挥发，温度高于130℃易爆炸，可知需适度加热但温度不能过高；
（3）根据25℃时溶液pH=3，可得C（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，C（OH^-）=$\frac{{K}_{w}}{c（{H}^{+}）}=\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-3}}$mol/L=1.0×10^-11mol/L，根据氢氧化铁的溶度积K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39，可知C（Fe³⁺）；
（4）②加入适量双氧水溶液并充分混合，把亚铁离子转化为铁离子，再加入适量氨水调节溶液pH至3.2～4.7，使铁离子完全沉淀，而铜离子不沉淀，过滤；③将滤液加热浓缩，冷却结晶，过滤、（冰水）洗涤，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶体；④为防止加热时铜离子水解，将 CuCl₂•2H₂O晶体在HCl气氛中加热至质量不再变化为止，得到无水氯化铜固体．

解答 解：（1）①把反应物研细的目的是 增大反应物之间的接触面积，使反应速率增大，故答案为：增大反应物之间的接触面积，使反应速率增大；
②根据反应2CuCl₂+2Na₂CO₃+H₂O═Cu₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑+4NaCl可知，沉淀表面可能沾有氯化钠，故检验沉淀是否洗涤干净，可检验氯离子的存在，应选用试剂是 HNO₃和AgNO₃溶液，故答案为：HNO₃和AgNO₃溶液；
（2）①根据HClO₄是易挥发的发烟液体，可推知大量的白雾的成分是HClO₄，故答案为：HClO₄；
②根据高氯酸铜[Cu（ClO₄）₂•6H₂O]120℃开始分解，HClO₄是易挥发，温度高于130℃易爆炸，可知需适度加热但温度不能过高，故答案为：防止HClO₄、Cu（ClO₄）₂分解；
（3）25℃时，若调节溶液pH=3，C（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，C（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-3}}$mol/L=1.0×10^-11mol/L，根据氢氧化铁的溶度积K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39，可知C（Fe³⁺）=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=2.64×10^-6 mol•L^-1，故答案为：2.64×10^-6 mol•L^-1；
（4）某研究小组欲用粗CuCl₂固体（含Fe²⁺）制备纯净的无水氯化铜固体．实验步骤（可选用的试剂：蒸馏水、稀盐酸、双氧水溶液和氨水）：①将粗CuCl₂固体溶于蒸馏水，滴入少量的稀盐酸；②加入适量双氧水溶液并充分混合，把亚铁离子转化为铁离子，再加入适量氨水调节溶液pH至3.2～4.7，使铁离子完全沉淀，而铜离子不沉淀，过滤；③将滤液加热浓缩，冷却结晶，过滤、（冰水）洗涤，干燥，得到CuCl₂•2H₂O晶体；④为防止加热时铜离子水解，将 CuCl₂•2H₂O晶体在HCl气氛中加热至质量不再变化为止，得到无水氯化铜固体，故答案为：②加入适量双氧水溶液并充分混合，再加入适量氨水调节溶液pH至3.2～4.7；③将滤液加热浓缩，冷却结晶，过滤、（冰水）洗涤，干燥；④将 CuCl₂•2H₂O晶体在HCl气氛中加热至质量不再变化为止．

点评 本题考查了物质制备实验设计步骤和过程分析判断，有关K_sp计算，物质分离提纯的实验方法应用等，题目难度中等．