Question

2．用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）．有如下操作：

已知：在pH为4～5时，Fe³⁺几乎完全水解而沉淀，而此时Cu²⁺却几乎不水解．
（1）溶液A中的金属离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺．能检验溶液A中Fe²⁺的试剂为①（填编号，下同）     ①KMnO₄   ②（NH₄）₂S   ③NaOH   ④KSCN
（2）氧化剂可选用①④．
①Cl₂    ②KMnO₄     ③HNO₃    ④H₂O₂
（3）要得到较纯的产品，试剂可选用③④⑤．
①NaOH      ②FeO     ③CuO      ④Cu（OH）₂   ⑤Cu₂（OH）₂CO₃
（4）欲测定溶液A中的Fe²⁺的浓度，实验前，首先要配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、药匙、胶头滴管外，还需250mL容量瓶，下列滴定方式中（夹持部分略去），最合理的是b（填序号）

写出滴定反应的离子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
（5）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）中x的值，某兴趣小组设计了两种实验方案：（已知CuCl₂的摩尔质量为135g/mol；H₂O的摩尔质量为18g/mol）
方案一：称取m g晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl₂的质量为n₁g．
方案二：称取m g晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再轻为止，冷却，称量所得固体的质量为n₂g．
试评价上述两种实验方案：其中正确的方案是二，
据此计算得x=$\frac{80m-135{n}_{2}}{18{n}_{2}}$（用含m、n₁或n₂的代数式表示）．
（6）某同学想利用氯化钠设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并检验氯气的氧化性和测定所产生的氢气的体积（约8mL）．

试从上图中选用几种必要的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序（填编号）是：A接G，F接I；B接D，E接C；
（7）若装入的饱和食盐水为75mL（氯化钠足量，电解前后溶液体积变化可忽略，假设两极产生的气体全部逸出），当测得氢气为8.4mL（标准状况）时停止通电．将U形管内的溶液倒入烧杯，其pH约为12．

Answer 1

分析 用含少量铁的氧化物的氧化铜加盐酸溶解生成氯化铜、氯化铁、氯化亚铁，加氧化剂把亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到的滤液为氯化铜溶液，蒸发浓缩、冷却结晶得到氯化铜晶体，
（1）亚铁离子具有还原性，能被高锰酸钾氧化为三价铁，使高锰酸钾褪色；
（2）加入氧化剂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，易除去，除杂时，不能引入新的杂质；
（3）在制取过程中，不能引进杂质离子，据此来选择合适的试剂；
（4）根据配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液所需仪器和高锰酸钾的性质来分析；
（5）CuCl₂•xH₂O晶体加热时会发生水解；加热沉淀至质量不再减轻为止，ng为CuO质量，根据铜元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），再结合m=nM计算x的值；
（6）根据实验的目的和装置的作用来连接装置；
（7）根据电解饱和食盐水的方程式：计算NaOH的物质的量浓度，然后求出氢离子的浓度，最后求出pH．

解答 解：（1）亚铁离子具有还原性，能被高锰酸钾氧化为三价铁，使高锰酸钾褪色，是检验溶液A中Fe²⁺的最佳试剂，
故答案为：①；
（2）根据题意，加入氧化剂可把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，而没有增加新杂质，所以氧化剂为H₂O₂或是Cl₂，KMnO₄和HNO₃ 会引入杂质离子；
故答案为：①④；
（3）得到较纯的产品，需要调节pH使铁离子转化为沉淀，选择的试剂可以是CuO、Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃，而①②均会引入杂质离子；
故答案为：③④⑤；
（4）配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液需要的仪器有：天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、250mL容量瓶，高锰酸钾具有强氧化性，必须放在酸式滴定管中，滴定过程高锰酸根离子将亚铁离子氧化为铁离子，发生的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
故答案为：250mL容量瓶；b；5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
（5）CuCl₂•xH₂O晶体加热时会发生水解CuCl₂+2H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，有HCl气体放出，CuCl₂质量偏小，测得x值偏大，
所以选择方案二，氯化铜和氢氧化钠反应生成氢氧化铜沉淀，加热沉淀，氢氧化铜分解生成氧化铜，则ng为CuO质量，物质的量为：$\frac{{n}_{2}}{80}mol$，根据铜元素守恒可知，n（CuO）=n（CuCl₂•xH₂O），所以mg=$\frac{{n}_{2}}{80}$mol×（135+18x）g/mol，解得，x=$\frac{80m-135{n}_{2}}{18{n}_{2}}$；
故答案为：二；$\frac{80m-135{n}_{2}}{18{n}_{2}}$；
（6）产生的氢气的体积用排水量气法，氢气的体积（约8mL），所以需要用10mL的量筒，导管是短进长出，所以A接G，F接I，用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时，导管要长进短出，所以B接D，氯气要进行尾气处理，即E接C；
故答案为：G、F、I；D、E、C；
（7）因电解饱和食盐水的方程式：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，当产生的H₂的体积为8.4mL即0.000375mol时，生成氢氧化钠的物质的量为0.00075mol，所以溶液中NaOH的物质的量浓度=$\frac{0.00075}{0.075}$═0.01mol/L，所以氢离子的浓度为$\frac{1×1{0}^{-14}}{0.01}$=1×10^-12mol/L，pH=12，
故答案为：12．

点评 本题考查氯化铜晶体的制取实验流程，涉及氧化还原反应、亚铁离子的检验、物质含量的测得、除杂质、电解池原理等，题目难度中等，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息解决问题的能力，注意基础知识的全面掌握．