题目内容
【题目】氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂,是一种白色粉末;微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸。工业上采用如下工艺流程,从某酸性废液(主要含Cu2+、Fe3+、 H+、Cl-)中制备氯化亚铜。
请回答下列问题:
(1)写出步骤①中发生的两个主要反应的离子方程式: 。
(2)步骤②的操作名称是: 。
(3)步骤④中所加物质X为: 。
(4)步骤⑤的操作是: 。
(5)步骤⑥应调节溶液pH呈酸性,且用乙醇洗涤CuCl晶体,目的是: 。
(6)在CuCl的生成过程中,可以循环利用的物质是 ,理论上 (填“是”或“不”)需要补充(不考虑调节等消耗);理由是 。
(7)工业上还可以采用以碳棒为电极电解CuCl2溶液得到CuCl。电解CuCl2溶液,阴极上发生的电极反应式是 。
【答案】(15分)
(1)Cu2++ Fe = Cu+ Fe2+ Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+ 或 Fe + 2H+ = Fe2++ H2↑(2分)
(2)过滤、洗涤(不答洗涤也给分)(1分) (3)CuO或Cu (OH) 2 或CuCO3等(2分)
(4)在HCl气流中蒸发结晶(2分)
(5)减少CuCl的损失(答案合理也给分)(2分)
(6)硫酸(或H2SO4)(1分) 不(1分)
Cu与浓硫酸反应生成CuSO4和SO2的物质的量比为1∶1,而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量比也为1﹕1,所以理论上不需要补充H2SO4(2分)
(7)Cu2++Cl-+e-= CuCl↓ (2分)
【解析】
试题分析:从某酸性废液(主要含Cu2+、Fe3+、H+、Cl-)中制备氯化亚铜,向工业上以某酸性废液(含Cu2+、Fe3+、H+、Cl-)加入过量的铁粉,三价铁离子与铁粉反应转化为二价铁离子,铜离子与铁反应生成铜,然后过滤,滤渣为过量的铁和生成的铜,依据铜与铁活泼性,将滤渣溶于盐酸,铜与盐酸不反应,过滤得到滤渣即为铜,然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫,酸性废液调节pH值使铁离子沉淀,过滤得氯化铜溶液,氯化铜、硫酸铜、二氧化硫反应生成氯化亚铜和硫酸,硫酸可以再循环利用,
(1)步骤①中铁能与铜离子及铁离子反应生成铜和亚铁离子等,同时铁也与酸性废液中的酸反应生成氢气,涉及的离子方程式为Cu2++Fe=Cu+Fe2+、Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑,故答案为:Cu2++Fe=Cu+Fe2+、Fe+2Fe3+=3Fe2+或Fe+2H+=Fe2++H2↑;
(2)步骤②中从溶液中分离出固体物质过量的铁和生成的铜,所以步骤②的操作名称是过滤、洗涤,故答案为:过滤、洗涤;
(3)步骤④中为调节溶液的pH值,要能与酸反应同时不引入新的杂质,所以物质X为CuO或Cu (OH)2或CuCO3等,故答案为:CuO或Cu (OH)2或CuCO3等;
(4)步骤⑤的操作是从氯化铜溶液中获得氯化铜晶体,要防止铜离子水解,所以步骤⑤的操作是在HCl气流中蒸发结晶,故答案为:在HCl气流中蒸发结晶;
(5)CuCl微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸,所以要用乙醇洗涤CuCl晶体,减少CuCl的损失,故答案为:减少CuCl的损失;
(6)根据流程分析可知,硫酸可以循环利用,Cu与浓硫酸反应生成CuSO4和 SO2的物质的量为1:1,而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量也为1﹕1,所以理论上不需要补充H2SO4,故答案为:硫酸;否;Cu与浓硫酸反应生成CuSO4和 SO2的物质的量为1:1,而生产CuCl的过程中消耗CuSO4和SO2的物质的量也为1﹕1,所以理论上不需要补充H2SO4;(7)电解CuCl2溶液,阴极上是铜离子得电子生成亚铜离子,亚铜离子结合氯离子生成氯化亚铜沉淀,电极反应式为 Cu2++Cl-+e-=CuCl↓,
故答案为:Cu2++Cl-+e-=CuCl↓.