Question

18．铜及其化合物在工农业生产及日常生活中应用非常广泛．某研究小组用粗铜（含杂质铁）制备氯化铜晶体（CuCl₂•2H₂O ）的流程如下．

已知常温下，Cu²⁺、Fe³⁺的氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH见表：

金属离子	Fe3+	Cu2+
氢氧化物开始沉淀时的pH	1.9	4.7
氢氧化物完全沉淀时的pH	3.2	6.7

请回答下列问题：
（1）溶液I中加入试剂X可以调节溶液pH，从而除去Fe³⁺且不引入杂质．
①试剂X可选用下列物质中的ad（填代号）．
a．CuO      b．NaOH      c．Cu      d．Cu（OH）₂
②调节溶液pH时，理论上可选择pH最大范围是3.2≤pH＜4.7．
（2）由溶液Ⅱ制备CuCl₂•2H₂O的操作依次为：边滴加浓盐酸边加热浓缩、冷却结晶（填操作名称）、过滤、洗涤干燥．
（3）向0.1mol•L^-1的CuCl₂溶液中通入H₂S气体，溶液变浑浊，pH减小，用离子方程式解释其原因：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺．
若K_SP[CuS]=1.2×10^-36，则生成沉淀时需要S^2-的浓度为1.2×10^-35mol•L^-1．
（4）某学习小组用碘量法测定CuCl₂•2H₂O样品的纯度（杂质不发生反应）．实验如下：
a．准确称取CuCl₂•2H₂O样品mg于小烧杯中，加入适量蒸馏水和足量的碘化钾，再滴入适量的稀硫酸，充分反应后，将所得混合液配成250mL待测溶液．（已知：2Cu²⁺+4I^-═2CuI+I₂）
b．移取25.00mL待测溶液于锥形瓶中，加几滴指示剂，用c mol•L^-1Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，重复2次，测得消耗标准液体积的平均值为V mL．（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）
①实验中使用的指示剂名称为淀粉溶液，达到滴定终点时，溶液颜色变化为溶液由蓝色变为无色．
②该样品中CuCl₂•2H₂O 的质量分数为$\frac{{171cV×{{10}^{-3}}×10}}{m}×100%$（用含m、c、V的代数式表示，不用化简）．

Answer 1

分析 粗铜中含有Fe，粗铜与氯气反应生成CuCl₂和FeCl₃，加热稀盐酸至固体完全溶解，溶液中含有CuCl₂和FeCl₃，盐酸能抑制铜离子和铁离子水解，从而得到溶液1；向溶液1中加入试剂X调节溶液pH至4-5，根据铁离子沉淀需要溶液pH值知，铁离子完全沉淀生成Fe（OH）₃，铜离子不产生沉淀，过滤得到的固体2是Fe（OH）₃，加入的X能和氢离子反应且不能引进新的杂质，可为Cu₂（OH）₂CO₃、CuO、CuCO₃等物质，得到的溶液2为溶液CuCl₂，经蒸发浓缩，冷却结晶可得到CuCl₂晶体；
（1）①试剂X能和氢离子反应而提高溶液的pH值，且不能引进新的杂质；
②调节溶液pH时，要使铁离子完全沉淀但铜离子不能产生沉淀才能达到分离目的；
（2）由溶液Ⅱ制备CuCl₂•2H₂O，要抑制水解，不能蒸发结晶；
（3）向溶液Ⅱ中含有氯化铜，氯化铜和H₂S反应生成盐酸和CuS，并结合Ksp计算；
（4）①碘遇淀粉试液变蓝色，所以要用淀粉检验碘单质；
②依据碘化钾和氯化铜发生氧化还原反应，生成碘化亚铜沉淀，和碘单质，碘单质遇淀粉变蓝，依据碘单质被Na₂S₂O₃标准溶液滴定到终点，根据反应的离子方程式计算分析．

解答 解：粗铜中含有Fe，粗铜与氯气反应生成CuCl₂和FeCl₃，加热稀盐酸至固体完全溶解，溶液中含有CuCl₂和FeCl₃，盐酸能抑制铜离子和铁离子水解，从而得到溶液1；向溶液1中加入试剂X调节溶液pH至4-5，根据铁离子沉淀需要溶液pH值知，铁离子完全沉淀生成Fe（OH）₃，铜离子不产生沉淀，过滤得到的固体2是Fe（OH）₃，加入的X能和氢离子反应且不能引进新的杂质，可为Cu₂（OH）₂CO₃、CuO、CuCO₃等物质，得到的溶液2为溶液CuCl₂，经蒸发浓缩，冷却结晶可得到CuCl₂晶体；
（1）①试剂X能和氢离子反应而提高溶液的pH值，且不能引进新的杂质，可为Cu₂（OH）₂CO₃、CuO、CuCO₃等物质，故答案为：ad；
②调节溶液pH时，要使铁离子完全沉淀但铜离子不能产生沉淀才能达到分离目的，所以其pH范围为3.2≤pH＜4.7，故答案为：3.2≤pH＜4.7；
（2）由溶液Ⅱ制备CuCl₂•2H₂O的操作依次为：边滴加浓盐酸边加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥，故答案为：冷却结晶；
（3）向溶液Ⅱ中含有氯化铜，氯化铜和H₂S反应生成盐酸和CuS，盐酸是强酸，导致溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH降低，离子方程式为H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺，若K_SP[CuS]=1.2×10^-36，则生成沉淀时需要S^2-的浓度为$\frac{1.2×1{0}^{-36}}{0.1}$=1.2×10^-35mol/L，
故答案为：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺；1.2×10^-35；
（4）①碘遇淀粉试液变蓝色，所以要用淀粉溶液作指示剂，达到滴定终点时的溶液颜色变化为溶液由蓝色变为无色，故答案为：淀粉溶液；溶液由蓝色变为无色；
②由2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂；
得到 2Na₂S₂O₃～2Cu²⁺
        2     2
cmol/L×V×10^-3L cV×10^-3mol
试样中CuCl₂•2H₂O的质量百分数为$\frac{{171cV×{{10}^{-3}}×10}}{m}×100%$，
故答案为：$\frac{{171cV×{{10}^{-3}}×10}}{m}×100%$．

点评 本题考查物质制备实验，为高频考点，侧重考查学生实验操作及实验分析能力，涉及物质分离和提纯、基本实验操作、滴定实验及计算等知识点，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．