Question

用含少量铁的氧化铜制取氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）。有如下操作：

已知：在pH为4~5时，Fe³⁺几乎完全水解而沉淀，Cu²⁺却不水解。

(1)加热酸溶过程中发生反应的离子方程式有：______

(2)氧化剂A可选用_______（填编号，下同）

①Cl₂            ②KMnO₄            ③HNO₃           

(3)要得到较纯的产品，试剂B可选用_______

①NaOH            ②FeO                 ③CuO            

(4)试剂B的作用是_______

①提高溶液的pH                        ②降低溶液的pH       

③使Fe³⁺完全沉淀                        ④使Cu²⁺完全沉淀

(5)从滤液经过结晶得到氯化铜晶体的方法是___________（按实验先后顺序填编号）

①过滤        ②蒸发浓缩            ③蒸发至干            ④冷却

(6)为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）中x值，某兴趣小组设计了两种实验方案：

方案一：称取m g晶体灼烧至质量不再减轻为止、冷却、称量所得无水CuCl₂的质量为n g。

方案二：称取m g晶体、加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再减轻为止、冷却、称量所得固体的质量为n g。

试评价上述两种实验方案，其中正确的方案是______，据此计算得x = ______________（用含m、n的代数式表示）。

Answer

Fe + 2H+ → Fe2+ + H2↑，CuO + 2H+ → Cu2+ + H2O ① ③ ①③ ②④① 二 80m-135n/18n

【解析】

铁和酸反应生成二价铁离子和氢气，氧化铜和酸反应，生成铜离子和水，写出离子反应方程式；选用氧化剂时既要达到氧化的作用，又不能引入新的杂质；为了得到较纯的产品，所加入的试剂不能引入其它杂质；试剂B会与前段反应产生的Fe3+作用，使其完全水解，生成沉淀；结合日常实验中从滤液得到晶体的操作方法：加热浓缩，冷却结晶，过滤得到晶体；直接灼烧晶体会有部分CuCl2,发生水解反应，最后灼烧所得固体为氯化铜和氧化铜的混合物；根据铜原子守恒，氯化铜晶体中的铜和最后所得固体氧化铜中铜原子的质量相等，列出比例式，氯化铜晶体和氧化铜的相对分子质量之比等于质量之比，计算出水的系数x，据此分析解答。

(1)铁在酸性条件下，生成二价铁离子和氢气，氧化铜在酸性条件下，生成二价铜离子和水，离子反应方程式分别为Fe+2H+=Fe2++H2↑、CuO+2H+=Cu2++H2O；
(2)加入氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+,而且不引入新的杂质离子，使用KMnO4引入K+和Mn2+，使用HNO3引入NO3-，且无法除去，当加入氯气时，发生反应以后，产生氯离子，不是杂质，故选①；

(3)Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,加入的试剂B要能够促使水解完全进行，又不引入新的杂质离子，如使用Na0H引入新的Na+,使用FeO引入Fe2+,而③为固体，提高pH的同时引入的是铜离子，没有新杂质引入，故选③；

(4)选择的试剂B，通过与酸的反应生成Cu2+且提高溶液的pH，因pH为4-5时，Fe3+几乎完全水解而沉淀，而此时Cu2+却几乎不水解，所以促使了Fe3+完全沉淀，故选①③；

(5)从溶液中得到晶体，一般操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，即实验的先后顺序为②④①；
(6)直接灼烧晶体会有部分CuCl2发生水解反应，最终得到CuO、CuCl2的混合物，导致测量不准确，方案一错误，方案二正确；最终生成的是CuO，根据铜原子守恒可得：，，解得。