Question

2．用含少量铁的氧化铜为原料制取氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）的主要流程如下：

已知有关金属离子的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH数据为：
Fe³⁺：2.7-3.7；CU²⁺：5.2-6.4；Fe²⁺：7.6-9.6
请回答下列问题：
（1）原料经酸溶所得到的pH=2的混合液中含有的金属离子主要有Cu²⁺、Fe²⁺．（写离子符号）
（2）使用氧化剂A的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺．A可选下列物质中的①．（填序号）
①Cl₂ ②KMnO₄ ③HNO₃
（3）试剂B的作用是调节溶液的PH至3.7～5.2，使Fe³⁺完全沉淀．滤渣的主要成分除可能含有B外，还一定含有的物质是Fe（OH）₃．（写化学式）
（4）过滤所得到的滤液必须呈较强的酸性（即含有一定量的盐酸，必要时可以使用盐酸进行酸化），其主要目的是防止Cu²⁺在蒸发结晶时水解．从滤液中得到氯化铜晶体的实验操作方法依次是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、干燥．

Answer 1

分析 向含少量铁的氧化铜固体中加入盐酸，盐酸和铁、氧化铜反应，发生的离子反应方程式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，加入氧化剂A的目的是把亚铁离子氧化，根据除杂原则，不能引入新的杂质；试剂B应为调节溶液pH值，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，过滤除去沉淀，对滤液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到氯化铜晶体．
（1）原料经酸溶所得金属离子主要有：Cu²⁺、Fe²⁺；
（2）加入氧化剂，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，易除去，注意不能引入新的杂质；
（3）加入盐酸时，盐酸是过量的，导致溶液酸性较强，溶液酸性较强则铁离子不沉淀，为使铁离子沉淀则应提高溶液的pH，所以加入试剂B，形成Fe（OH）₃沉淀，除去Fe³⁺；
（4）CuCl₂为强酸弱碱盐，水解呈酸性，含有一定量的盐酸，可抑制其水解，从滤液经过结晶得到氯化铜晶体，首先要加热蒸发浓缩，冷却后，再将之过滤即可．

解答 解：（1）盐酸和铁、氧化铜反应，发生的离子反应方程式为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，所以原料经酸溶所得到的pH=2的混合液中含有的金属离子主要有：Cu²⁺、Fe²⁺，
故答案为：Cu²⁺、Fe²⁺；
（2）Fe³⁺从pH=2.7开始沉淀，在pH=3.7沉淀完全，Cu²⁺从pH=5.2开始沉淀，Fe²⁺从pH=7.6开始沉淀，为了除去铁杂质，需将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氧化剂A的目的是把亚铁离子氧化，①Cl₂ ②KMnO₄ ③HNO₃，都能氧化亚铁离子，但②KMnO₄ ③HNO₃，均会引入杂质离子，所以选择①Cl₂ ，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；①；
（3）加入试剂B的目的是调节pH使铁离子生成氢氧化铁沉淀，过滤除去沉淀，Fe³⁺从pH=2.7开始沉淀，在pH=3.7沉淀完全，Cu²⁺从pH=5.2开始沉淀，所以应该可知pH范围为3.7～5.2，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，所以滤渣的主要成分除可能含有B外，还一定含有的物质是Fe（OH）₃，
故答案为：调节溶液的PH至3.7～5.2，使Fe³⁺完全沉淀；Fe（OH）₃；
（4）CuCl₂为强酸弱碱盐，会发生水解CuCl₂+2H₂O?Cu（OH）₂+2HCl，过滤所得到的滤液必须呈较强的酸性（即含有一定量的盐酸）可抑制铜离子的水解，含有结晶水的晶体采用冷却结晶，所以从滤液中得到氯化铜晶体的实验操作方法依次为蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤等，
故答案为：防止Cu²⁺在蒸发结晶时水解；蒸发浓缩；过滤．

点评 本题考查了氯化铜晶体（CuCl₂•xH₂O）的实验室制取，涉及物质的分离与提纯、盐类的水解以及对工艺流程理解与实验方案的设计等，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．