Question

15．氯化亚铜是重要的铜盐系列化工产品，广泛应用于石油化工、纺织印染、颜料、医药、电镀、有机合成等行业．以工业海绵铜为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产硫酸铜进而生产氯化亚铜．海绵铜的主要成分是CuO和Cu，生产工艺流程图如下．

思考并回答下列问题．
（1）生产原理：
①溶解时生成的还原产物在酸性溶液中稳定存在，请写出此时的氧化还原反应离子方程式：4Cu+10H⁺+NO₃^-=4Cu²⁺+NH₄⁺+3H₂O．
②还原氯化：2CuSO₄+（NH₄）₂SO₃+2NH₄Cl+H₂O═2CuCl↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄
（2）得到副产品的化学式为（NH₄）₂SO₄；
（3）生产后阶段，从滤液获得副产品的步骤：①蒸发浓缩②冷却结晶③过滤④洗涤 ⑤干燥．
（4）产品的洗涤方法是，先用pH=2的稀H₂SO₄洗，后用95%的酒精洗．酒精洗的目的是酒精易挥发，快速得到干燥CuCl产品，防止被氧化；请设计简单实验方案，检验稀H₂SO₄洗时是否洗干净：取最后一次洗涤液于试管中，加入氢氧化钠固体并加热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，则样品未洗涤干净，否则洗涤干净．
（5）定量分析：
称取2.000g CuCl样品（杂质不参与反应），溶于一定量的0.5000mol•L^-1FeCl₃溶液中，加水稀释至200mL得到溶液，取20.00mL 用0.1000mol•L^-1的Ce（SO₄）₂溶液滴定到终点，消耗20.00mLCe（SO₄）₂．
①此实验涉及溶液配制与定量滴定的基本操作中，合理的是BC；

②有关反应式：Fe³⁺+CuCl═Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-      Ce⁴⁺+Fe²⁺═Fe³⁺+Ce³⁺
则样品中CuCl的质量分数99.50%．

Answer 1

分析 海绵铜加入硫酸和硝酸铵溶解得到溶液主要是硫酸铜，硫酸铵等，加入亚硫酸铵还原硫酸铜加入氯化铵氯化发生反应2CuSO₄+（NH₄）2SO₃+2NH₄Cl+H₂O=2CuCl↓+2（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄，过滤得到固体为CuCl，滤液主要是硫酸铵和硫酸；
（1）溶解时生成的还原产物在酸性溶液中稳定存在，铜在硝酸铵和硫酸溶液中被硝酸氧化生成铜离子，硝酸根离子被还原为铵根离子；
（2）上述分析可知滤液主要是硫酸铵和硫酸，得到副产品为硫酸铵；
（3）从硫酸铵溶液中获得硫酸铵晶体，可以经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤；
（4）得到的CuCl经硫酸酸洗，水洗后再用乙醇洗涤，酒精易挥发，用酒精洗涤CuCl产品，可快速除去固体表面的水分，防止水解、氧化，检验稀H₂SO₄洗时是否能洗干净，是取最后一次洗涤液检验是否含有硫酸铵，检验铵根的存在设计实验检验；
（5）溶液配制时，向容量瓶中转称溶液时，溶液不能沾到容量瓶刻度线上面，在打开酸式滴定管活塞时，要把活塞放在手心的位置，手指从另一侧打开活塞，由两个方程式可得到Ce⁴⁺～Fe²⁺～CuCl，n（Ce⁴⁺）=0.1000mol•L^-1×0.02L=0.002mol，则2.000g样品中含有n（CuCl）=10×0.002mol=0.02mol，求出质量代入质量分数公式计算．

解答 解：（1）铜在硝酸铵和硫酸溶液中被硝酸氧化生成铜离子，硝酸钡还原为铵根离子，此时的氧化还原反应离子方程为4Cu+10H⁺+NO₃^-=4Cu²⁺+NH₄⁺+3H₂O，
故答案为：4Cu+10H⁺+NO₃^-=4Cu²⁺+NH₄⁺+3H₂O；
（2）上述分析可知滤液主要是硫酸铵和硫酸，得到副产品为硫酸铵，故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（3）从硫酸铵溶液中获得硫酸铵晶体，可以经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤，故答案为：过滤；
（4）由流程可知，经酸洗、水洗后得到硫酸铵，则应加入硫酸，为防止CuCl溶解，不能加入硝酸等氧化性酸，也不能加入盐酸，防止引入新杂质，产品的洗涤方法是先用pH=2的稀H₂SO₄洗，后用95%的酒精洗，因乙醇沸点低，易挥发，则用乙醇洗涤，可快速除去固体表面的水分，防止水解、氧化，检验稀H₂SO₄洗时是否能洗干净，可以取最后一次洗涤液于试管中，加入氢氧化钠固体并加热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，则样品未洗涤干净，否则洗涤干净；
故答案为：酒精易挥发，快速得到干燥CuCl产品，防止被氧化；取最后一次洗涤液于试管中，加入氢氧化钠固体并加热，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，则样品未洗涤干净，否则洗涤干净；
（5）①溶液配制时，向容量瓶中转称溶液时，溶液不能沾到容量瓶刻度线上面，在打开酸式滴定管活塞时，要把活塞放在手心的位置，手指从另一侧打开活塞，
故选BC；
②Fe³⁺+CuCl=Fe²⁺+Cu²⁺+Cl^-，Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺可得到Ce⁴⁺～Fe²⁺～CuCl，n（Ce⁴⁺）=0.1000mol•L^-1×0.02L=0.002mol，则2.000g样品中含有n（CuCl）=10×0.002mol=0.02mol，质量m（CuCl）=0.02mol×99.5g/mol=1.99g，因此样品中CuCl的质量分数=$\frac{1.99g}{2.000g}$×100%=99.50%，
故答案为：99.50%．

点评 本题考查了铜及其化合物性质的理解应用，主要是物质性质和反应产物的判断，掌握基础是关键，题目难度中等．