Question

过渡金属的单质及化合物很多有催化性能，氯化铜、氯化亚铜经常用作有机合成催化剂。实验室中用氯气与粗铜（杂质只有Fe）反应，制备铜的氯化物的流程如下。

查阅资料：

氯化亚铜：白色微溶于水，在干燥空气中稳定，受潮则易变蓝到棕色，在热水中迅速水解生成氧化铜水合物而呈红色。

氯化铜：从水溶液中结晶时，在26～42℃得到二水物，在15℃以下得到四水物，在15～25.7℃得到三水物，在42℃以上得到一水物，在100℃得到无水物。

（1）现用如图所示的实验仪器及药品制备纯净、干燥的氯气并与粗铜反应（铁架台、铁夹省略）。

①按气流方向连接各仪器接口顺序是：a→_____、_____→h、i→_____、_____→_____。

②本套装置有两个仪器需要加热，加热的顺序为先_____后_____。

（2）分析流程：

①固体甲需要加稀盐酸溶解，其理由是_____；

②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去杂质，X可选用下列试剂中的（填序号）_____。

a Cu（OH）₂     b NH₃·H₂O     c CuO     d CuSO₄

查阅有关资料得到如下数据，常温下Fe（OH）₃的溶度积K_sp＝8.0×10^－38，Cu（OH）₂的溶度积K_sp＝3.0×10^－20，通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^－5 mol·L^－1时就认为沉淀完全，设溶液中CuSO₄的浓度为3.0 mol·L^－1，则Cu（OH）₂开始沉淀时溶液的pH为________，Fe^3＋完全沉淀时溶液的pH为________。（提示：lg2＝0.3）

③完成溶液乙到纯净CuCl₂·2H₂O晶体的系列操作步骤为：加少量盐酸、蒸发浓缩、________、_______、洗涤、干燥。

（3）向溶液乙中加入适当的还原剂（如SO₂、N₂H₄、SnCl₂等），并微热得到CuCl沉淀，写出向乙溶液加入N₂H₄（氧化产物为无毒气体）的离子方程式：____________。

Answer

d e f g b A D 抑制氯化铜、氯化铁水解 ac 4 3.3(或3+lg2) 冷却到26～42℃结晶 过滤 4Cu2+ + 4Cl－ + N2H44CuCl↓ + N2↑+ 4H+

【解析】

⑴①A装置制取氯气，B除掉尾气，C除掉氯气中HCl杂质，D氯气与铜反应，E除掉氯气中水；②先反应生成氯气，不能先加热D，先加热会使铜与氧气反应。

⑵①固体甲是氯化铜和氯化铁的混合物，因此加稀盐酸溶解，溶解抑制氯化铜、氯化铁水解；②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去氯化铁杂质，应选择要保留的铜离子对应的难溶的物质；设溶液中CuSO4的浓度为3.0 mol·L－1，先算氢氧根浓度，再酸氢离子浓度和pH，Fe3＋完全沉淀时先根据溶度积算氢氧根浓度，再酸氢离子和pH；③根据题中意思要得到纯净CuCl2·2H2O晶体要冷却到26～42℃结晶。

⑶向溶液乙中加入适当的还原剂N2H4，并微热得到CuCl沉淀和氮气。

⑴①A装置制取氯气，B除掉尾气，C除掉氯气中HCl杂质，D氯气与铜反应，E除掉氯气中水，因此按气流方向连接各仪器接口顺序是：a→d、e→h、i→f、g→b，故答案为：d；e；f；g；b。

②先反应生成氯气，不能先加热D，先加热会使铜与氧气反应，因此加热的顺序为先A后D，故答案为：A；D。

⑵①固体甲是氯化铜和氯化铁的混合物，因此加稀盐酸溶解，溶解抑制氯化铜、氯化铁水解，故答案为：抑制氯化铜、氯化铁水解。

②溶液甲可加试剂X用于调节pH以除去氯化铁杂质，应选择要保留的铜离子对应的难溶的物质即氢氧化铜、氧化铜、碱式碳酸铜、碳酸铜等，故答案为：ac。

设溶液中CuSO4的浓度为3.0 mol·L－1，，，，因此Cu(OH)2开始沉淀时溶液的pH为10，Fe3＋完全沉淀，，，因此Fe3＋完全沉淀时溶液的pH=lg5×10-4 = 4-lg5 = 3.3，故答案为：3.3。

③完成溶液乙到纯净CuCl2·2H2O晶体的系列操作步骤为：加少量盐酸、蒸发浓缩、冷却到26～42℃结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：冷却到26～42℃结晶；过滤。

⑶向溶液乙中加入适当的还原剂N2H4，并微热得到CuCl沉淀和氮气，因此向乙溶液加入N2H4的离子方程式：4Cu2+ + 4Cl－ + N2H44CuCl↓ + N2↑+ 4H+，故答案为：4Cu2+ + 4Cl－ + N2H44CuCl↓ + N2↑+ 4H+。