Question

20．氯化亚铜（CuCl）常用作有机合成工业中的催化剂，在空气中迅速被氧化成绿色；见光则分解，变成褐色．下图是工业上用制作印刷电路银板的废液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）生产CuCl的流程：（已知：滤液①和滤液②中溶质相同）

根据以上信息回答下列问题：
（1）写出生产过程中加入的试剂的名称：X铁粉，Y稀盐酸．
（2）写出产生CuCl的化学方程式：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄．
（3）在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO₂气体，结合化学方程式和必要的文字说明理由：Cu+2 H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反应中生成的CuSO₄和 SO₂为1：1，所以理论上不需要补充SO₂气体．
（4）在CuCl的生成过程中除环境问题、安全问题外，你认为还应该注意的关键问题是防止CuCl的氧化和见光分解，减少产品CuCl的损失．
（5）实验探究pH对CuCl产率的影响如下表所示：

pH	1	2	3	4	5	6	7
CuCl产率	70	90	82	78	75	72	70

析出CuCl晶体最佳pH为2，当pH较大时CuCl产率变低的原因是pH较大时，Cu²⁺水解程度增大，反应生成CuCl减少，产率减小．
（6）氯化亚铜的定量分析：
①称取样品0.25g和10mL过量的FeCl₃溶液于250mL锥形瓶中，充分溶解．
②用0.10mol•L^-1硫酸铈[Ce（SO₄）₂]标准溶液滴定．
已知：CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂、Fe²⁺+Ce⁴⁺═Fe³⁺+Ce³⁺．三次平行实验结果如下

平行实验次数	1	2	3	4
0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的体积（mL）	25.35	24.05	23.95	24.00

则样品中CuCl的纯度为95.5%（结果保留三位有效数字）．

Answer 1

分析 要利用制作印刷电路的废液制备氯化亚铜，首先应制备并分离出铜，向工业上以制作印刷电路的废液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入过量的铁粉，三价铁离子与铁粉反应转化为二价铁离子，铜离子与铁反应生成铜，然后过滤，滤渣为过量的铁和生成的铜，依据铜与铁活泼性，将滤渣溶于盐酸，铜与盐酸不反应，过滤得到滤渣即为铜，然后铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫，铜与氯气反应生成氯化铜，硫酸铜、二氧化硫、氯化铜反应生成氯化亚铜，
（1）印刷电路的废液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入铁，三价铁离子能够原铁反应生成二价铁离子，铜离子能够与铁反应生成铜；过滤后滤渣中含有铜和铁，依据铜和铁的活泼性，加入盐酸分离二者；
（2）依据图示可知：CuCl₂、CuSO₄、SO₂、H₂O反应生成H₂SO₄、CuCl，依据得失电子守恒配平方程式；
（3）依据图示可知：铜与浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫的物质的量之比为1：1，而产生CuCl的化学方程式中硫酸铜、二氧化硫物质的量之比恰好为1：1；
（4）依据氯化亚铜具有还原性，易被氧化而变质，具有见光分解的性质解答；
（5）依据图表CuCl产率可知PH=2产率最大，当pH较大时CuCl产率变低，Cu²⁺水解程度增大，生成的氯化亚铜少；
（6）依据方程式中各反应物量之间的关系计算CuCl的纯度，CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂，Fe²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，CuCl～Ce⁴⁺，所给数据及平行实验结果相差不能超过1%，体积为24.35mL，误差大舍去．

解答 解：（1）印刷电路的废液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）加入铁，三价铁离子能够原铁反应生成二价铁离子，铜离子能够与铁反应生成铜，过滤后滤渣中含有铜和铁，加入盐酸，铁与盐酸反应生成氯化亚铁，铜与盐酸不反应，将铜分离出来；
故答案为：铁粉；稀盐酸；
（2）依据图示可知：CuCl₂、CuSO₄、SO₂、H₂O反应生成H₂SO₄、CuCl，依据得失电子守恒其方程式为：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄；
故答案为：CuCl₂+CuSO₄+SO₂+2H₂O=2CuCl↓+2H₂SO₄；
（3）依据图示可知：Cu+2 H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反应中生成的CuSO₄和 SO₂为1：1，所以理论上不需要补充SO₂气体；
故答案为：Cu+2 H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO₄+SO₂↑+2H₂O反应中生成的CuSO₄和 SO₂为1：1，所以理论上不需要补充SO₂气体；
（4）氯化亚铜具有还原性，易被氧化而变质，具有见光分解，所以生产中应：防止CuCl的氧化和见光分解，减少产品CuCl的损失；
故答案为：防止CuCl的氧化和见光分解，减少产品CuCl的损失；
（5）依据图表CuCl产率可知pH=2产率最大为90%，当pH较大时CuCl产率变低，Cu²⁺水解程度增大，生成的氯化亚铜少；
故答案为：2；pH较大时，Cu²⁺水解程度增大，反应生成CuCl减少，产率减小；
（6）根据题目中所给数据及平行实验结果相差不能超过1%，体积为24.35mL，误差大舍去，滴定0.25g样品消耗硫酸铈标准溶液的平均体积=$\frac{24.05+23.95+24.00}{3}$=24mL，结合方程式可知：CuCl+FeCl₃═CuCl₂+FeCl₂，Fe²⁺+Ce⁴⁺=Fe³⁺+Ce³⁺，
CuCl～Ce⁴⁺，
CuCl的纯度=$\frac{24×1{0}^{-3}×0.1×99.5}{0.25}$×100%=95.5%；
故答案为：95.5%．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、物质的分离等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．