氯化亚铜(CuCl)广泛用于化工、印染、有机合成等行业。CuCl难溶于醇和水,可溶于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生
氯化亚铜(CuCl)广泛用于化工、印染、有机合成等行业。CuCl难溶于醇和水,可溶于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产氯化亚铜的工艺过程如下图所示。
回答下列问题:
(1)CuCl中Cu元素在周期表中的位置为___________。
(2)步骤①中N元素被还原为最低价,则Cu溶解的离子方程式为________。溶解温度应控制在60~70℃,原因是______________。
(3)写出步骤③中主要反应的离子方程式________。(NH4)2SO3要适当过量,目的有:保证Cu2+的还原速率,__________。已知NH4Cl、Cu2+的物质的量之比与Cu2+沉淀率的关系如图所示,当氯化铵用量增加到一定浓度后氯化亚铜的沉淀率减少,原因是________。
(4)步骤⑥加入乙醇洗涤的目的是__________。
(5)氯化亚铜的定量分析:
①称取样品0.250g和10mL过量的FeCl3溶液于250mL锥形瓶中,充分溶解;
②用0.100mol·L-1硫酸铈[Ce(SO4)2]标准溶液测定。已知:CuCl+FeCl3=CuCl2+FeCl2、Fe2++Ce4+=Fe3++Ce3+。
三次平衡实验结果如下表(平衡实验结果相差不能超过1%):
平衡实验次数 | 1 | 2 | 3 |
0.250g样品消耗硫酸铈标准溶液的体积(mL) | 24.35 | 24.05 | 23.95 |
则样品中CuCl的纯度为_______(结果保留3位有效数字)。
【答案】第四周期第IB族 4Cu+NO3-+10H+=4Cu2-+NH4-+3H2O 温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解 2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+ 防止CuCl被空气氧化 生成的氯化亚铜又溶解于氯化铵溶液中 醇洗有利于加快除去CuCl表面的水分,防止其水解氧化 95.5%
【解析】酸性条件下硝酸根离子具有氧化性,可氧化海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)生成硫酸铜,过滤后在滤液中加入亚硫酸铵发生氧化还原反应生成CuCl,发生2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O=2CuCl+SO42-+2H+,得到的CuCl经硫酸酸洗,水洗后再用乙醇洗涤,烘干得到氯化亚铜。
(1)CuCl中Cu元素在周期表中的位置为第四周期第IB族,故答案为:第四周期第IB族;
(2)步骤①中由于酸性条件下硝酸根离子具有氧化性,可氧化Cu生成CuSO4,反应为4Cu+NH4NO3+5H2SO4=4CuSO4+(NH4)2SO4+3H2O,离子方程式为4Cu+NO3-+10H+=4Cu2-+NH4-+3H2O。温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解,因此溶解温度应控制在60~70℃,故答案为:4Cu+NO3-+10H+=4Cu2-+NH4-+3H2O;温度低溶解速度慢、温度过高铵盐分解;
(3)步骤③中铜离子与亚硫酸铵发生氧化还原反应生成CuCl,发生2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O=2CuCl+SO42-+2H+,(NH4)2SO3要适当过量,目的有:保证Cu2+的还原速率,防止CuCl被空气氧化;当氯化铵用量增加到一定程度后氯化亚铜的沉淀率减少,原因是生成的氯化亚铜又溶解于氯化铵溶液中,故答案为:2Cu2++SO32-+2Cl-+H2O=2CuCl+SO42-+2H+;防止CuCl被空气氧化;生成的氯化亚铜又溶解于氯化铵溶液中;
(4)步骤⑥加入乙醇洗涤,因乙醇沸点低,易挥发,则用乙醇洗涤,可快速除去固体表面的水分,防止水解、氧化,故答案为:醇洗有利于加快除去CuCl表面的水分,防止其水解氧化;
(5)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为24.00mL,结合方程式可知:CuCl+FeCl3═CuCl2+FeCl2,CuCl的纯度为24×10-3L×0.1 mol•L-1×99.5g•mol-1÷0.25g×100%=95.5%;故答案为:95.5%。
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