Question

17．用含少量鐵的氧化物的氧化銅制取氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）．有如下操作：

已知：在pH為4～5時(shí)，F(xiàn)e³⁺幾乎完全水解而沉淀，而此時(shí)Cu²⁺卻幾乎不水解．
（1）能檢驗(yàn)溶液A中Fe³⁺的試劑為①（填編號(hào)，下同）能檢驗(yàn)溶液A中Fe²⁺的試劑
為⑤
①KSCN   ②KSCN+Cl₂   ③NaOH  ④（NH₄）₂S   ⑤KMnO₄
（2）欲測(cè)定溶液A中的Fe²⁺的濃度，實(shí)驗(yàn)前，首先要配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液250mL，配制時(shí)需要的儀器除天平、玻璃棒、燒杯、藥匙、250mL容量瓶外，還需膠頭滴管，下列滴定方式中（夾持部分略去），最合理的是a（填序號(hào)）

寫(xiě)出滴定反應(yīng)的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
（3）若B溶液為25℃且pH=3，則B溶液的c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol•L^-1（已知25℃，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）．要得到較純的產(chǎn)品，在B中加入試劑可選用CuO或Cu（OH）₂ 或CuCO₃（填物質(zhì)的化學(xué)式）．
（4）為了測(cè)定制得的氯化銅晶體（CuCl₂•xH₂O）中x的值，某興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：稱(chēng)取mg晶體溶于水，加入足量氫氧化鈉溶液、過(guò)濾、沉淀洗滌后用小火加熱至質(zhì)量不再減輕為止，冷卻，稱(chēng)量所得固體的質(zhì)量為ng．據(jù)此計(jì)算得x=$\frac{80m-135n}{18n}$（用含m、n的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 向含少量鐵的氧化銅固體中加入鹽酸，鹽酸和鐵、氧化銅反應(yīng)，發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；CuO+2H⁺=Cu²⁺+H₂O，加入氧化劑A的目的是把亞鐵離子氧化，根據(jù)除雜原則，不能引入新的雜質(zhì)；試劑B應(yīng)為調(diào)節(jié)溶液pH值，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃，除去Fe³⁺，過(guò)濾除去沉淀，對(duì)濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾得到氯化銅晶體．（1）溶液A中含有銅離子、亞鐵離子，鐵離子具有氧化性，與KSCN混合溶液變血紅色，與氫氧根離子結(jié)合生成紅褐色沉淀，與高錳酸鉀溶液不反應(yīng)；亞鐵離子具有還原性，能被高錳酸鉀氧化為三價(jià)鐵，使高錳酸鉀褪色；
（2）根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液所需儀器和高錳酸鉀的性質(zhì)來(lái)分析；滴定反應(yīng)：Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，由電子守恒、電荷守恒、原子守恒解答；
（3）pH=3，根據(jù)水的電離平衡常數(shù)計(jì)算氫氧根離子濃度，F(xiàn)e（OH）₃存在平衡：Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq），根據(jù)Fe（OH）₃的溶度積常數(shù)計(jì)算鐵離子濃度，在制取過(guò)程中，不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，據(jù)此來(lái)選擇合適的試劑；
（4）CuCl₂•xH₂O中x的值的確定依據(jù)是加熱前后的質(zhì)量差即為減少的水的質(zhì)量，據(jù)此來(lái)確定x．

解答 解：（1）溶液A中含有銅離子、亞鐵離子，鐵離子與KSCN混合溶液變紅色，鐵離子與氫氧根離子結(jié)合生成紅褐色沉淀，但銅離子與氫氧根離子結(jié)合生成藍(lán)色絮狀沉淀干擾鐵離子檢驗(yàn)，鐵離子與高錳酸鉀溶液不反應(yīng)，用KSCN無(wú)需用氯氣，所以選擇用KSCN是檢驗(yàn)Fe³⁺最佳試劑，亞鐵離子具有還原性，能被高錳酸鉀氧化為三價(jià)鐵，使高錳酸鉀褪色，是檢驗(yàn)溶液A中Fe²⁺的最佳試劑，
故答案為：①；⑤；
（2）配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液需要的儀器有：天平、玻璃棒、燒杯、膠頭滴管、250mL容量瓶，高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，必須放在酸式滴定管中，所以最合理的是a，滴定反應(yīng)：Mn元素的化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高為+3價(jià)，由電子守恒、電荷守恒、原子守恒可知，離子反應(yīng)為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：膠頭滴管；a；5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
（3）若B溶液為25℃且pH=3，氫離子c（H⁺）=0.001mol/L，氫氧根離子c（OH^-）=10^-11mol/L，F(xiàn)e（OH）₃?Fe³⁺+3OH^-，25℃，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$=4.0×10^-5mol•L^-1，得到較純的產(chǎn)品，需要調(diào)節(jié)pH使鐵離子轉(zhuǎn)化為沉淀，且不能引進(jìn)雜質(zhì)離子，選擇的試劑可以是CuO、Cu（OH）₂或Cu₂（OH）₂CO₃，
故答案為：4.0×10^-5；CuO或Cu（OH）₂ 或CuCO₃；
（4）CuCl₂•xH₂O中x的值的確定依據(jù)是加熱前后的質(zhì)量差即為減少的水的質(zhì)量，根據(jù)Cu元素守恒，則
CuCl₂•xH₂O～Cu（OH）₂～CuO，
1                      1
$\frac{m}{135+18x}$              $\frac{n}{80}$                     $\frac{m}{135+18x}$=$\frac{n}{80}$   解得：x=$\frac{80m-135n}{18n}$，
故答案為：$\frac{80m-135n}{18n}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備方案設(shè)計(jì)，側(cè)重于考查學(xué)生的閱讀獲取信息能力、對(duì)工藝流程理解與實(shí)驗(yàn)條件控制、實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)、物質(zhì)分離提純除雜等實(shí)驗(yàn)操作能力，題目難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用信息解決問(wèn)題的能力，注意基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握．