Question

13．CuCl₂、CuCl是重要的化工原料，广泛地用作有机合成催化剂．实验室中以粗铜（含杂质Fe）为原料，一种制备铜的氯化物的流程如图

请回答下列问题：
（1）如图装置进行反应①，导管a通入氯气（夹持仪器和加热装置省略）．观察到的现象是试管内有棕色烟产生，写出铜与氯气反应的化学方程式Cu+Cl₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CuCl₂．
（2）上述流程中固体K溶于稀盐酸的目的是避免Cu²⁺水解
试剂X、固体J的物质分别为c．
a．NaOH   Fe（OH）₃ b．NH₃•H₂O  Fe（OH）₂
c．CuO    Fe（OH）₃      d．CuSO₄     Cu（OH）₂
（3）反应②是向溶液2中通入一定量的SO₂，加热一段时间后生成CuCl白色沉淀．写出制备CuCl的离子方程式2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-．
（4）反应后，如图盛有NaOH溶液的广口瓶中溶液具有漂白、消毒作用，若用钢铁（含Fe、C）制品盛装该溶液会发生电化学腐蚀，钢铁制品表面生成红褐色沉淀，溶液会失去漂白、杀菌消毒功效．该红褐色沉淀的主要化学式是Fe（OH）₃．该腐蚀过程的正极反应式为ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．
（5）以石墨为电极，电解CuCl₂溶液时发现阴极上也会有部分CuCl析出，写出此过程中阴极上的电极反应式Cu²⁺+e^-+Cl^-=CuCl．

Answer 1

分析 粗铜（含杂质Fe）与氯气反应生成氯化铁和氯化铜，加稀盐酸溶解，形成氯化铁和氯化铜溶液，同时抑制氯化铜、氯化铁水解，溶液1中加入X调节溶液pH，得到溶液乙，经过系列操作得到CuCl₂•2H₂O，故溶液2为CuCl₂溶液，则调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，试剂X可以为CuO、氢氧化铜等，结合题目信息可知，氯化铜溶液，加少量盐酸，抑制氯化铜水解，再蒸发浓缩、冷却结晶得到CuCl₂•2H₂O，再经过过滤、洗涤、干燥得到纯净的晶体．
（1）铜在氯气中燃烧产生棕色氯化铜烟；
（2）氯化铜、氯化铁在溶液中会发生水解，铜盐水解生成氢氧化铜，保持溶液呈强酸性，避免铜离子水解损失，调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去；
（3）铜离子是氧化剂，SO₂是还原剂，生成CuCl和SO₄^2-；
（4）氢氧化钠溶液吸收氯气，生成有次氯酸钠，生铁在次氯酸钠和氢氧化钠的混合溶液中发生电化学腐蚀，碳等杂质为正极，铁为负极，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，红褐色沉淀为氢氧化铁，正极上ClO^-得电子生成Cl^-；
（5）Cu²⁺在阴极上得电子，铜元素的化合价可以降至+1价、0价，部分CuCl析出是Cu²⁺得到电子生成CuCl，结合电荷守恒配平书写电极反应．

解答 解：粗铜（含杂质Fe）与氯气反应生成氯化铁和氯化铜，加稀盐酸溶解，形成氯化铁和氯化铜溶液，同时抑制氯化铜、氯化铁水解，溶液1中加入X调节溶液pH，得到溶液乙，经过系列操作得到CuCl₂•2H₂O，故溶液2为CuCl₂溶液，则调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，试剂X可以为CuO、氢氧化铜等，结合题目信息可知，氯化铜溶液，加少量盐酸，抑制氯化铜水解，再蒸发浓缩、冷却结晶得到CuCl₂•2H₂O，再经过过滤、洗涤、干燥得到纯净的晶体．
（1）铜在氯气中燃烧生成固体氯化铜，观察到棕黄色的烟，反应为：Cu+Cl₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CuCl₂，
故答案为：试管内有棕色烟产生；Cu+Cl₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CuCl₂；
（2）氯化铜、氯化铁中的金属离子易水解，直接用水溶液配制溶液会产生浑浊，所以加入过量的盐酸来溶解氯化铜、氯化铁，以抑制氯化铜、氯化铁水解；用于调节pH以除去溶液1杂质可加试剂具有与酸反应，且不引入Cu²⁺之外的离子，故用CuO或Cu₂（OH）或Cu₂（OH）₂CO₃，调节pH目的是使溶液中铁离子转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，且不能引入新杂质，
故答案为：避免Cu²⁺水解；c；
（3）根据信息可知：在加热条件下，SO₂与铜离子反应生成CuCl白色沉淀和SO₄^2-，其反应的离子方程式为：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-，
故答案为：2Cu²⁺+2Cl^-+SO₂+2H₂O$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2CuCl↓+4H⁺+SO₄^2-；
（4）氢氧化钠溶液吸收氯气，生成有次氯酸钠，生铁在次氯酸钠和氢氧化钠的混合溶液中发生电化学腐蚀，碳等杂质为正极，铁为负极．负极的电极反应式为Fe-2e^-=Fe²⁺，Fe²⁺+2OH-=Fe（OH）₂，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，正极的电极反应式为ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-，红褐色沉淀为氢氧化铁，
故答案为：Fe（OH）₃；ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；
（5）以石墨为电极，电解CuCl₂溶液时发现阴极上也会有部分CuCl析出，阴极上是得到电子发生还原反应，Cu²⁺得到电子生成CuCl，电极反应为：Cu²⁺+e^-+Cl^-=CuCl，故答案为：Cu²⁺+e^-+Cl^-=CuCl．

点评 本题考查物质制备，涉及物质的制备实验操作、离子检验、除杂质、离子方程式的书写、原电池原理的应用等，明确基本操作原理、物质性质及化学反应原理是解本题关键，难点是电极反应式的书写，解答问题时要明确流程图中可能发生的反应或操作方法，题目难度中等．