题目内容
某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2?2H2O的工艺流程如图1：
已知：焙烧过程中发生的主要反应为：CuS+2NaCl+2O2
CuCl2+Na2SO4，回答下列问题：
（1）试剂A应选用 ．（填编号）
①NaClO ②Cl2
③H2O2溶液 ④浓硫酸
理由是 ．
（2）分析有关物质的溶解度曲线（如图2），为了获得CuCl2?2H2O晶体，对滤液B进行的操作是：
①加入浓盐酸，其作用是：
② 得Na2SO4晶体．
③将母液 得CuCl2?2H2O晶体．
（3）已知：2Cu2++4I-═2CuI↓+I2
I2+2S2O32-═2I-+S4O62-
为了测定CuCl2?2H2O产品的质量分数可按如下方法进行：取ag产品，用水溶解后，加入足量的KI溶液，充分反应后过滤、洗涤，将滤液稀释至250mL，取25.00mL加入淀粉溶液作指示剂，用0.080mol?L-1 Na2S2O3标准溶液滴定，达到滴定终点时，四次平行实验耗去Na2S2O3标准溶液数据如下：
此产品中CuCl2?2H2O的质量分数为 ．（用含a的最简表达式表示）
（4）氢化亚铜是一种红色固体，可由下列反应制备：
4CuCl2+3H3PO2+6H2O═4CuH↓+8HCl+3H3PO4．该反应每转移3mol电子，生成CuH的物质的量为 ．
（5）氯化铜溶液中铜各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与c（Cl-）的关系如图3．
①当c（Cl-）=9mol?L-1时，溶液中主要的3种含铜物种浓度大小关系为：c（CuCl2）＞c（ ）＞c（ ）．
②在c（Cl-）=1mol?L-1的氯化铜溶液中，滴入AgNO3溶液，完成其中一个含铜物种间转化的离子方程式为：
（6）欲实现Cu+H2SO4═CuSO4+H2，在图4中你认为能实现该转化的装置中的括号内，标出电极材料 （填“Cu”或“C”）．
已知：焙烧过程中发生的主要反应为：CuS+2NaCl+2O2
| ||
（1）试剂A应选用
①NaClO ②Cl2
③H2O2溶液 ④浓硫酸
理由是
（2）分析有关物质的溶解度曲线（如图2），为了获得CuCl2?2H2O晶体，对滤液B进行的操作是：
①加入浓盐酸，其作用是：
②
③将母液
（3）已知：2Cu2++4I-═2CuI↓+I2
I2+2S2O32-═2I-+S4O62-
为了测定CuCl2?2H2O产品的质量分数可按如下方法进行：取ag产品，用水溶解后，加入足量的KI溶液，充分反应后过滤、洗涤，将滤液稀释至250mL，取25.00mL加入淀粉溶液作指示剂，用0.080mol?L-1 Na2S2O3标准溶液滴定，达到滴定终点时，四次平行实验耗去Na2S2O3标准溶液数据如下：
| 实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 消耗Na2S2O3标准溶液（mL） | 25.00 | 25.02 | 26.20 | 24.98 |
（4）氢化亚铜是一种红色固体，可由下列反应制备：
4CuCl2+3H3PO2+6H2O═4CuH↓+8HCl+3H3PO4．该反应每转移3mol电子，生成CuH的物质的量为
（5）氯化铜溶液中铜各物种的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与c（Cl-）的关系如图3．
①当c（Cl-）=9mol?L-1时，溶液中主要的3种含铜物种浓度大小关系为：c（CuCl2）＞c（
②在c（Cl-）=1mol?L-1的氯化铜溶液中，滴入AgNO3溶液，完成其中一个含铜物种间转化的离子方程式为：
（6）欲实现Cu+H2SO4═CuSO4+H2，在图4中你认为能实现该转化的装置中的括号内，标出电极材料
考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,原电池和电解池的工作原理,制备实验方案的设计
专题：实验设计题
分析：流程分析废渣粉碎加入氯化钠，通入空气焙烧后加入盐酸酸浸，加入试剂A是氧化剂将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子沉淀；过滤后的滤液中主要是氯化铜溶液蒸发浓缩，冷却结晶得到氯化铜晶体；
（1）试剂A满足能把亚铁离子氧化为铁离子和调节PH使酸性减弱两个功能；
（2）①加入浓盐酸，其作用是抑制Cu2+水解；
②溶液中得到晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
③蒸发浓缩后，由于同温下硫酸钠的溶解度小，会有大量硫酸钠析出；40°C时硫酸钠溶解度最大，硫酸钠最不容易析出，为了得到更多的析出CuCl2?2H2O晶体，温度略低于40℃的范围；
（3）2Cu2++4I-═2CuI↓+I2，I2+2S2O32-═2I-+S4O62-；得到定量关系2Cu2+～2S2O32-计算；硫代硫酸钠溶液消耗的体积第三组数据误差大舍去；
（4）依据元素化合价变化和电子守恒计算分析得到；
（5）①从图上在c（Cl-）=9mol?L-1处，做一条平行与纵轴的虚线，可以比较；
②从图上在c（Cl-）=1mol?L-1处，做一条平行与纵轴的虚线，看哪种微粒最多；
（6）Cu和H2SO4之间的反应是非自发的，需要电解池实现，根据电解池的构成条件来回答．
（1）试剂A满足能把亚铁离子氧化为铁离子和调节PH使酸性减弱两个功能；
（2）①加入浓盐酸，其作用是抑制Cu2+水解；
②溶液中得到晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
③蒸发浓缩后，由于同温下硫酸钠的溶解度小，会有大量硫酸钠析出；40°C时硫酸钠溶解度最大，硫酸钠最不容易析出，为了得到更多的析出CuCl2?2H2O晶体，温度略低于40℃的范围；
（3）2Cu2++4I-═2CuI↓+I2，I2+2S2O32-═2I-+S4O62-；得到定量关系2Cu2+～2S2O32-计算；硫代硫酸钠溶液消耗的体积第三组数据误差大舍去；
（4）依据元素化合价变化和电子守恒计算分析得到；
（5）①从图上在c（Cl-）=9mol?L-1处，做一条平行与纵轴的虚线，可以比较；
②从图上在c（Cl-）=1mol?L-1处，做一条平行与纵轴的虚线，看哪种微粒最多；
（6）Cu和H2SO4之间的反应是非自发的，需要电解池实现，根据电解池的构成条件来回答．
解答：
解：（1）NaClO、Cl2、H2O2溶液、浓硫酸均能将Fe2+氧化为Fe3+，但氯水和硫酸溶液均呈酸性，NaClO溶液呈碱性，故可以起到调节PH的作用，
故答案为：①；NaClO能将Fe2+氧化为Fe3+，且溶液显碱性，能增大溶液pH使Fe3+沉淀；
（2）①加入浓盐酸，其作用是抑制Cu2+水解，提高CuCl2.2H2O的产率；
故答案为：抑制Cu2+水解，提高CuCl2.2H2O的产率；
②溶液中得到晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，趁热过滤；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、趁热过滤；
③由图乙可知硫酸钠的溶解度较小而且温度较高时随温度的变化不大，为了防止氯化铜晶体的析出，必须趁热过滤，加热浓缩时会有大量的硫酸钠析出；冷却结晶时尽量保证硫酸钠不析出，而40摄氏度时硫酸钠溶解度最大，为了能析出更多的CuCl2?2H2O晶体，故适宜温度为35～40℃．
故答案为：冷却到30-35℃结晶、过滤；
（3）2Cu2++4I-═2CuI↓+I2，I2+2S2O32-═2I-+S4O62-；得到定量关系2Cu2+～2S2O32-计算；硫代硫酸钠溶液消耗的体积第三组数据误差大舍去得到消耗溶液体积平均为=
ml=25ml；
Cu2+～S2O32-
1 1
n 0.0250L×0.080mol?L-1
n=0.002mol；
250mL溶液中含有CuCl2?2H2O物质的量=0.002mol×
=0.02mol
此产品中CuCl2?2H2O的质量分数=
×100%=
%；
故答案为：
%；
（4）从反应4CuSO4+3H3PO2+6H2O=4CuH↓+4H2SO4+3H3PO4分析，Cu从+2价变成+1，4molCu得到4mol电子，H从+1价变成-1价，4mol-1价的H得到8mol电子，共得电子12mol，P从+1价变成+5价，3molP共失电子12mol．还原剂化合价升高，故该反应的还原剂是H3PO2．每生成4molCuH转移电子12mol，所以，转移电子3mol时应生成CuH1mol；
故答案为：1mol；
（5）①在c（Cl-）=9mol?L-1处，做一条平行与纵轴的虚线，可见溶液中主要含铜物种浓度大小关系为：c（CuCl2）＞c（CuCl+）＞c（CuCl3-）＞c（Cu2+）＞c（CuCl42-），
故答案为：CuCl+；CuCl3-；
②从图上可见，在c（Cl-）=1mol?L-1的氯化铜溶液中，主要是Cu2+与Cl-结合生成CuCl+，方程式为：Cu2++Cl-═CuCl+或CuCl++Ag+=AgCl↓+Cu2+；
故答案为：CuCl++Ag+=AgCl↓+Cu2+；
（6）Cu和H2SO4之间的反应是非自发的，需要电解池实现，金属铜作阳极，阴极是导体即可，电解质为硫酸，即：
，
故答案为：．
故答案为：①；NaClO能将Fe2+氧化为Fe3+，且溶液显碱性，能增大溶液pH使Fe3+沉淀；
（2）①加入浓盐酸，其作用是抑制Cu2+水解，提高CuCl2.2H2O的产率；
故答案为：抑制Cu2+水解，提高CuCl2.2H2O的产率；
②溶液中得到晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶，趁热过滤；
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、趁热过滤；
③由图乙可知硫酸钠的溶解度较小而且温度较高时随温度的变化不大，为了防止氯化铜晶体的析出，必须趁热过滤，加热浓缩时会有大量的硫酸钠析出；冷却结晶时尽量保证硫酸钠不析出，而40摄氏度时硫酸钠溶解度最大，为了能析出更多的CuCl2?2H2O晶体，故适宜温度为35～40℃．
故答案为：冷却到30-35℃结晶、过滤；
（3）2Cu2++4I-═2CuI↓+I2，I2+2S2O32-═2I-+S4O62-；得到定量关系2Cu2+～2S2O32-计算；硫代硫酸钠溶液消耗的体积第三组数据误差大舍去得到消耗溶液体积平均为=
| 25.00+25.02+24.98 |
| 3 |
Cu2+～S2O32-
1 1
n 0.0250L×0.080mol?L-1
n=0.002mol；
250mL溶液中含有CuCl2?2H2O物质的量=0.002mol×
| 250 |
| 25 |
此产品中CuCl2?2H2O的质量分数=
| 0.02mol×171g/mol |
| ag |
| 342 |
| a |
故答案为：
| 342 |
| a |
（4）从反应4CuSO4+3H3PO2+6H2O=4CuH↓+4H2SO4+3H3PO4分析，Cu从+2价变成+1，4molCu得到4mol电子，H从+1价变成-1价，4mol-1价的H得到8mol电子，共得电子12mol，P从+1价变成+5价，3molP共失电子12mol．还原剂化合价升高，故该反应的还原剂是H3PO2．每生成4molCuH转移电子12mol，所以，转移电子3mol时应生成CuH1mol；
故答案为：1mol；
（5）①在c（Cl-）=9mol?L-1处，做一条平行与纵轴的虚线，可见溶液中主要含铜物种浓度大小关系为：c（CuCl2）＞c（CuCl+）＞c（CuCl3-）＞c（Cu2+）＞c（CuCl42-），
故答案为：CuCl+；CuCl3-；
②从图上可见，在c（Cl-）=1mol?L-1的氯化铜溶液中，主要是Cu2+与Cl-结合生成CuCl+，方程式为：Cu2++Cl-═CuCl+或CuCl++Ag+=AgCl↓+Cu2+；
故答案为：CuCl++Ag+=AgCl↓+Cu2+；
（6）Cu和H2SO4之间的反应是非自发的，需要电解池实现，金属铜作阳极，阴极是导体即可，电解质为硫酸，即：
，故答案为：
．
点评：本题涉及盖斯定律的应用、电解精炼金属、氧化还原反应、离子浓度大小比较、原电池原电解池理分析，电极反应式的书写等知识点，电极反应式的书写是高考热点，应重点掌握．
练习册系列答案
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| A、2 mol/L |
| B、1 mol/L |
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