- 硝酸铜的制备
- 共1066题
氯化亚铜(CuCl)是白色粉末,微溶于水,不溶于乙醇,在空气中会被迅速氧化成绿色碱式盐.从酸性电镀废液(主要含Cu2+、Fe3+)中制备氯化亚铜的工艺流程图1如下
金属离子含量与混合液pH、CuCl产率与混合液pH的关系图如图2.
【已知:金属离子浓度为1 mol•L-1时,Fe(OH)3开始沉淀和沉淀完全的pH分别为1.4和3.0,Cu(OH)2开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.2和6.7】请回答下列问题:
(1)酸浸时发生反应的离子方程式是______;析出CuCl晶体时的最佳pH在______左右.
(2)铁粉、氯化钠、硫酸铜在溶液中反应生成CuCl的离子反应方程式为______.
(3)析出的CuCl晶体要立即用无水乙醇洗涤,在真空干燥机内于70℃干燥2h、冷却密封包装.70℃真空干燥、密封包装的目的是______
(4)产品滤出时所得滤液的主要分成是______,若想从滤液中获取FeSO4•7H2O晶体,还需要知道的是______.
(5)若将铁粉换成亚硫酸钠也可得到氯化亚铜,试写出该反应的化学方程式:______.为提高CuCl的产率,常在该反应体系中加入稀碱溶液,调节pH至3.5.这样做的目的是______.
正确答案
解:(1)在pH约为4时,用酸浸得到硫酸铜溶液和氢氧化铁沉淀,说明氢氧化铜被酸溶解,反应的离子方程式为Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O,由图2可知,析出CuCl沉淀的最佳pH应为CuCl的产率最大,且氢氧化铁杂质较少,应约为3左右,故答案为:Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O;3;
(2)在硫酸铜溶液中加入氯化钠、铁,发生氧化还原反应生成CuCl,发生2Cu2++2Cl-+Fe=2CuCl↓+Fe2+,故答案为:2Cu2++2Cl-+Fe=2CuCl↓+Fe2+;
(3)由题给信息可知CuCl微溶于水,不溶于乙醇,在空气中会被迅速氧化,为防止氧化应隔绝空气,在干燥、真空环境中可加快乙醇和水的蒸发,
故答案为:加快乙醇和水的蒸发,防止CuCl被空气氧化;
(4)产品滤出时所得滤液的主要分成是Na2SO4和FeSO4;获取FeSO4•7H2O晶体,还需要知道的是硫酸钠和硫酸亚铁溶解度随温度的变化的情况,
故答案为:Na2SO4和FeSO4;不同温度下硫酸钠和硫酸亚铁的溶解度;
(5)亚硫酸钠作为还原剂,失电子,发生氧化还原反应,反应方程式为:2 CuSO4+Na2SO3+2NaCl+H2O=2CuCl↓+2 Na2SO4+H2SO4,加入稀碱溶液消耗氢离子,从平衡正向移动,有利于氯化亚铜的产生,而当氢氧根离子浓度大到一定程度时以达到氢氧化铜的溶度积,所以又析出氢氧化铜,所以调节pH至3.5,
故答案为:2CuSO4+Na2SO3+2NaCl+H2O=2CuCl↓+2 Na2SO4+H2SO4;OH-中和了反应中的H+,有利于平衡向右移动,提高CuCl的产率.但当OH-浓度过大时,Cu+能与OH-结合,生成氢氧化亚铜,从而降低了CuCl的产率.
解析
解:(1)在pH约为4时,用酸浸得到硫酸铜溶液和氢氧化铁沉淀,说明氢氧化铜被酸溶解,反应的离子方程式为Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O,由图2可知,析出CuCl沉淀的最佳pH应为CuCl的产率最大,且氢氧化铁杂质较少,应约为3左右,故答案为:Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2O;3;
(2)在硫酸铜溶液中加入氯化钠、铁,发生氧化还原反应生成CuCl,发生2Cu2++2Cl-+Fe=2CuCl↓+Fe2+,故答案为:2Cu2++2Cl-+Fe=2CuCl↓+Fe2+;
(3)由题给信息可知CuCl微溶于水,不溶于乙醇,在空气中会被迅速氧化,为防止氧化应隔绝空气,在干燥、真空环境中可加快乙醇和水的蒸发,
故答案为:加快乙醇和水的蒸发,防止CuCl被空气氧化;
(4)产品滤出时所得滤液的主要分成是Na2SO4和FeSO4;获取FeSO4•7H2O晶体,还需要知道的是硫酸钠和硫酸亚铁溶解度随温度的变化的情况,
故答案为:Na2SO4和FeSO4;不同温度下硫酸钠和硫酸亚铁的溶解度;
(5)亚硫酸钠作为还原剂,失电子,发生氧化还原反应,反应方程式为:2 CuSO4+Na2SO3+2NaCl+H2O=2CuCl↓+2 Na2SO4+H2SO4,加入稀碱溶液消耗氢离子,从平衡正向移动,有利于氯化亚铜的产生,而当氢氧根离子浓度大到一定程度时以达到氢氧化铜的溶度积,所以又析出氢氧化铜,所以调节pH至3.5,
故答案为:2CuSO4+Na2SO3+2NaCl+H2O=2CuCl↓+2 Na2SO4+H2SO4;OH-中和了反应中的H+,有利于平衡向右移动,提高CuCl的产率.但当OH-浓度过大时,Cu+能与OH-结合,生成氢氧化亚铜,从而降低了CuCl的产率.
制备过氧化氢的传统方法是在过氧化钡中加入稀硫酸.以重晶石(BaSO4)为原料制备过氧化氢的流程如图1:
回答下列问题:
(1)图1中的气体①可能含有的物质是______
①CO ②CO2 ③SO2
A.仅①③B.仅②③C.仅①②D.全部
(2)BaS不能存在于水中,BaS溶于水后,S元素主要以HS-的形式存在,用化学方程式表示其原因:______.
(3)已知:Ba(OH)2(aq)+CO2(g)=BaCO3(s)+H2O(l)△H=-162kJ•mol-1
2H2S(g)+Ba(OH)2(aq)=Ba(HS)2(aq)+2H2O(l)△H=-191kJ•mol-1
写出CO2 和Ba(HS)2反应的热化学反应方程式:______.需将溶液A加热的原因是______.
(4)气体②可进一步加工成为上述制取H2O2流程中的一种原料,该原料是______.
(5)通入的CO2若含有O2会有BaSO4生成,所以通常增大溶液的pH以提高CO32-浓度,把BaSO4转化为BaCO3.若测得SO42-的浓度为1×10-4mol•L-1,则CO32-的浓度需大于______才不致于生成BaSO4沉淀,已知Ksp(BaSO4)=1×10-10,Ksp(BaCO3)=2.5×10-9
(6)据报道,科学家在实验室已研制出在燃料电池的反应容器中,利用特殊电极材料以H2和O2为原料制取过氧化氢的新工艺.原理如图2所示:请写出甲电极的电极反应式:______.
正确答案
解:(1)由BaSO4和单质碳高温生成气体:BaSO4+4CBaS+4CO↑.碳、一氧化碳高温燃烧生成气体CO2,BaS溶于H2O遇二氧化碳反应:BaS+H2O+CO2=BaCO3↓+H2S,硫化氢燃烧生成二氧化硫,所以图1中的气体①可能①CO②CO2③SO2都有,
故答案为:D;
(2)在硫化钡中,硫离子水解而使得硫化钡显碱性,有碱Ba(OH)2生成,硫离子水解生成HS-,即2BaS+2H2O⇌Ba(OH)2+Ba(HS)2,
故答案为:2BaS+2H2O⇌Ba(OH)2+Ba(HS)2;
(3)Ba(OH)2(aq)+CO2(g)=BaCO3(s)+H2O(l)△H=-162kJ•mol-1①
2H2S(g)+Ba(OH)2(aq)=Ba(HS)2(aq)+2H2O(l)△H=-191kJ•mol-1②根据盖斯定律将①-②得:Ba(HS)2(aq)+CO2(g)+H2O(l)=BaCO3(s)+2 H2S(g)△H=+29kJ•mol-1,该反应为吸热反应,加热可使平衡向正反应方向移动,提高BaCO3产率,
故答案为:Ba(HS)2(aq)+CO2(g)+H2O(l)=BaCO3(s)+2 H2S(g)△H=+29kJ•mol-1;上述反应为吸热反应,加热可使平衡向正反应方向移动,提高BaCO3产率;
(4)BaS不能存在于水中,BaS溶于水后,S元素主要以HS-的形式存在,故溶液A中存在大量Ba2+和HS-,和H2O、CO2反应生成CaCO3、H2S气体,即气体B的主要成分为H2S气体,H2S气体和与氧气反应生成二氧化硫、二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫,三氧化硫和水反应生成硫酸,所以硫化氢可用来制造H2SO4,
故答案为:H2SO4;
(5)有BaSO4沉淀的溶液中:Ksp(BaSO4)=cC(Ba2+)•C(SO42-)=1×10-10,若测得SO42-的浓度为1×10-4mol•L-1,则:cC(Ba2+)==
=1×10-6mol•L-1,即该溶液中Ba2+的浓度为1×10-6mol•L-1,要生成BaCO3沉淀,需要满足cC(Ba2+)•C(CO32-)≥Ksp(BaCO3)=2.5×10-9
C(CO32-)≥=
=2.5×10-3mol•L-1;
故答案为:2.5×10-3mol•L-1;
(6)据图2所示甲电极上消耗O2,生成H2O2,1molO2生成1molH2O2时失去2mol电子,电解质溶液为盐酸,酸性条件下,离子反应方程式为:2H++O2+2e-=H2O2;
故答案为:2H++O2+2e-=H2O2.
解析
解:(1)由BaSO4和单质碳高温生成气体:BaSO4+4CBaS+4CO↑.碳、一氧化碳高温燃烧生成气体CO2,BaS溶于H2O遇二氧化碳反应:BaS+H2O+CO2=BaCO3↓+H2S,硫化氢燃烧生成二氧化硫,所以图1中的气体①可能①CO②CO2③SO2都有,
故答案为:D;
(2)在硫化钡中,硫离子水解而使得硫化钡显碱性,有碱Ba(OH)2生成,硫离子水解生成HS-,即2BaS+2H2O⇌Ba(OH)2+Ba(HS)2,
故答案为:2BaS+2H2O⇌Ba(OH)2+Ba(HS)2;
(3)Ba(OH)2(aq)+CO2(g)=BaCO3(s)+H2O(l)△H=-162kJ•mol-1①
2H2S(g)+Ba(OH)2(aq)=Ba(HS)2(aq)+2H2O(l)△H=-191kJ•mol-1②根据盖斯定律将①-②得:Ba(HS)2(aq)+CO2(g)+H2O(l)=BaCO3(s)+2 H2S(g)△H=+29kJ•mol-1,该反应为吸热反应,加热可使平衡向正反应方向移动,提高BaCO3产率,
故答案为:Ba(HS)2(aq)+CO2(g)+H2O(l)=BaCO3(s)+2 H2S(g)△H=+29kJ•mol-1;上述反应为吸热反应,加热可使平衡向正反应方向移动,提高BaCO3产率;
(4)BaS不能存在于水中,BaS溶于水后,S元素主要以HS-的形式存在,故溶液A中存在大量Ba2+和HS-,和H2O、CO2反应生成CaCO3、H2S气体,即气体B的主要成分为H2S气体,H2S气体和与氧气反应生成二氧化硫、二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫,三氧化硫和水反应生成硫酸,所以硫化氢可用来制造H2SO4,
故答案为:H2SO4;
(5)有BaSO4沉淀的溶液中:Ksp(BaSO4)=cC(Ba2+)•C(SO42-)=1×10-10,若测得SO42-的浓度为1×10-4mol•L-1,则:cC(Ba2+)==
=1×10-6mol•L-1,即该溶液中Ba2+的浓度为1×10-6mol•L-1,要生成BaCO3沉淀,需要满足cC(Ba2+)•C(CO32-)≥Ksp(BaCO3)=2.5×10-9
C(CO32-)≥=
=2.5×10-3mol•L-1;
故答案为:2.5×10-3mol•L-1;
(6)据图2所示甲电极上消耗O2,生成H2O2,1molO2生成1molH2O2时失去2mol电子,电解质溶液为盐酸,酸性条件下,离子反应方程式为:2H++O2+2e-=H2O2;
故答案为:2H++O2+2e-=H2O2.
铝土矿的主要成分为Al2O3.生产铵明矾[NH4Al(SO4)2•12H2O]和H2O2的工艺流程图如下.
(1)流程图中X为______(填化学式)溶液.
(2)反应Ⅱ的离子方程式为______.
(3)“电解”时,用惰性材料作电极,则阴极反应可表示为______.
(4)反应Ⅵ的化学方程式为______.
(5)流程中可以循环使用的物质是______.
正确答案
解:(1)根据反应Ⅱ中通入的是CO2气体,可见反应所加X是碱溶液,而不是酸溶液,X为NaOH溶液或其他强碱性溶液.
故答案为:NaOH.
(2)由工艺流程转化可知,反应Ⅱ为向含有AlO2-的反应Ⅰ的滤液中通入过量CO2气体,使AlO2-完全转化为Al(OH)3,在溶液中CO2、AlO2-、H2O反应生成Al(OH)3与HCO3-,反应离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3+HCO3-.
故答案为:CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3+HCO3-.
(3)电解时阴极是阳离子放电,发生还原反应,即H+放电产生氢气,电极反应式为2H++2e-=H2↑.
故答案为:2H++2e-=H2↑.
(4)由工艺流程转化可知,反应Ⅵ是H2O与(NH4)2S2O8反应产生H2O2和NH4HSO4,反应方程式为(NH4)2S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2.
故答案为:(NH4)2S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2.
(5)由工艺流程转化可知,Y为H2SO4,反应Ⅴ生成NH4HSO4,反应Ⅳ中NH4HSO4转化为铵明矾,反应Ⅵ也产生NH4HSO4,可见NH4HSO4可以在反应中循环使用.
故答案为:NH4HSO4.
解析
解:(1)根据反应Ⅱ中通入的是CO2气体,可见反应所加X是碱溶液,而不是酸溶液,X为NaOH溶液或其他强碱性溶液.
故答案为:NaOH.
(2)由工艺流程转化可知,反应Ⅱ为向含有AlO2-的反应Ⅰ的滤液中通入过量CO2气体,使AlO2-完全转化为Al(OH)3,在溶液中CO2、AlO2-、H2O反应生成Al(OH)3与HCO3-,反应离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3+HCO3-.
故答案为:CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3+HCO3-.
(3)电解时阴极是阳离子放电,发生还原反应,即H+放电产生氢气,电极反应式为2H++2e-=H2↑.
故答案为:2H++2e-=H2↑.
(4)由工艺流程转化可知,反应Ⅵ是H2O与(NH4)2S2O8反应产生H2O2和NH4HSO4,反应方程式为(NH4)2S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2.
故答案为:(NH4)2S2O8+2H2O=2NH4HSO4+H2O2.
(5)由工艺流程转化可知,Y为H2SO4,反应Ⅴ生成NH4HSO4,反应Ⅳ中NH4HSO4转化为铵明矾,反应Ⅵ也产生NH4HSO4,可见NH4HSO4可以在反应中循环使用.
故答案为:NH4HSO4.
如图是实验室制备1,2-二溴乙烷并进行一系列相关实验的装置(加热及夹持设备已略).
有关数据列表如下:
(1)A中药品为1:3的无水乙醇和浓硫酸混合液,使用连通滴液漏斗相比使用分液漏斗滴加液体的优点是______;B中插长玻璃管的作用有:______.
(2)写出C装置中的离子反应方程式______;装置D中品红溶液的作用是______.
(3)反应过程中应用冷水冷却装置E,其主要目的是______;但又不能过度冷却(如用冰水),其原因是______.
(4)学生发现反应结束时,无水乙醇消耗量大大超过理论值,其原因是______.
(5)装置F的作用是______;写出F装置中发生反应的化学方程式______.
正确答案
解:(1)连通滴液漏斗使上下容器中的压强相同,液体容易流下,所以气体发生装置使用连通滴液漏斗的原因使连通滴液漏斗里的溶液容易滴下;B中长导管起稳压作用,可检查装置是否发生堵塞,故答案为:能使连通滴液漏斗里的溶液容易滴下;稳压作用,可检查装置是否发生堵塞;
(2)用氢氧化钠溶液吸收SO2和CO2气体发生反应的离子方程式为SO2+2OH-=SO32-+H2O、CO2+2OH-=CO32-+H2O,无水乙醇和浓硫酸混合液制备乙烯时,会有副产物二氧化硫生成,而二氧化硫能使品红褪色,所以用品红溶液检验二氧化硫是否被氢氧化钠吸收完全,
故答案为:SO2+2OH-=SO32-+H2O、CO2+2OH-=CO32-+H2O;验证二氧化硫是否被除尽;
(3)液溴易挥发,反应过程中应用冷水冷却装置E,能减少液溴挥发;由表中数据可知1,2-二溴乙烷的熔点为9℃,如用冰水冷却时温度太低,1,2-二溴乙烷会凝结为固体,从而导致导管堵塞,故答案为:减少液溴挥发;1,2-二溴乙烷易凝结成固体而发生堵塞;
(4)乙醇在浓硫酸作催化剂作用下会有乙醚等副产物生成,反应太剧烈时乙醇部分挥发;故答案为:乙醇挥发、副反应发生或反应太剧烈;
(5)用NaOH溶液吸收挥发出的溴蒸汽,减少对环境的污染,发生反应的化学方程式为Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O,故答案为:吸收挥发出的溴蒸汽,减少对环境的污染;Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O.
解析
解:(1)连通滴液漏斗使上下容器中的压强相同,液体容易流下,所以气体发生装置使用连通滴液漏斗的原因使连通滴液漏斗里的溶液容易滴下;B中长导管起稳压作用,可检查装置是否发生堵塞,故答案为:能使连通滴液漏斗里的溶液容易滴下;稳压作用,可检查装置是否发生堵塞;
(2)用氢氧化钠溶液吸收SO2和CO2气体发生反应的离子方程式为SO2+2OH-=SO32-+H2O、CO2+2OH-=CO32-+H2O,无水乙醇和浓硫酸混合液制备乙烯时,会有副产物二氧化硫生成,而二氧化硫能使品红褪色,所以用品红溶液检验二氧化硫是否被氢氧化钠吸收完全,
故答案为:SO2+2OH-=SO32-+H2O、CO2+2OH-=CO32-+H2O;验证二氧化硫是否被除尽;
(3)液溴易挥发,反应过程中应用冷水冷却装置E,能减少液溴挥发;由表中数据可知1,2-二溴乙烷的熔点为9℃,如用冰水冷却时温度太低,1,2-二溴乙烷会凝结为固体,从而导致导管堵塞,故答案为:减少液溴挥发;1,2-二溴乙烷易凝结成固体而发生堵塞;
(4)乙醇在浓硫酸作催化剂作用下会有乙醚等副产物生成,反应太剧烈时乙醇部分挥发;故答案为:乙醇挥发、副反应发生或反应太剧烈;
(5)用NaOH溶液吸收挥发出的溴蒸汽,减少对环境的污染,发生反应的化学方程式为Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O,故答案为:吸收挥发出的溴蒸汽,减少对环境的污染;Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O.
无水氯化铝是白色晶体,露置在空气中极易水解,在178℃升华,装有无水氯化铝试剂瓶置露空气中,会产生大量白雾,氯化铝常作为有机合成和石油工业的催化剂,并用于处润滑油等.如图是实验室制取少量无水氯化铝装置的仪器和药品.可供选用的试剂如下:
A.食盐晶体 B.水 C.饱和食盐水 D.烧碱溶液 E.铝粉
F.二氧化锰 G.浓硫酸 H.无水CaCl2 I.碱石灰
回答下列问题:
(1)从上述仪器中选取若干连成一制备并保存无水AlCl3的装置,用图中各管口标号按先后可连接为:______接______,______接______,______接______,______接______.
(2)填写连接装置中各选用仪器里应盛放的物质:
(3)写出AlCl3露置在空气中生成白雾的化学方程式______;为避免上述现象的发生应采取的措施是______.
正确答案
解:(1)验室制备无水氯化铁,需要先制取氯气,用2装置,根据题意3用于除去氯气中的氯化氢,4用于干燥氯气,由于无水氯化铁遇潮湿空气极易吸水生成FeCl3•nH2O,所以5防止空气中的水蒸气进入,同时吸收未反应的氯气,防止污染空气,则仪器的连接顺序为d→e→f→g→h→a→b→c,
故答案为:d;e;f;g;h;a;b;c;
(2)实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下制备氯气,可用食盐晶体和浓硫酸替代盐酸,装置3用于除去氯化氢,可用饱和食盐水,装置4用于干燥氯气,可用浓硫酸,铁和氯气在装置1中进行反应,5加入碱石灰,可吸收氯气,
故答案为:
(3)AlCl3露置在空气中与空气中水发生水解反应生成氢氧化铝和氯化氢,所以会生成白雾,反应的化学方程式为:AlCl3+3H2O⇌Al(OH)3+3HCl;避免上述现象的发生应,可在装置I后连一干燥装置防空气中水蒸气无水氯化铝反应,
故答案为:AlCl3+3H2O⇌Al(OH)3+3HCl;在装置I后连一干燥装置防空气中水蒸气无水氯化铝反应.
解析
解:(1)验室制备无水氯化铁,需要先制取氯气,用2装置,根据题意3用于除去氯气中的氯化氢,4用于干燥氯气,由于无水氯化铁遇潮湿空气极易吸水生成FeCl3•nH2O,所以5防止空气中的水蒸气进入,同时吸收未反应的氯气,防止污染空气,则仪器的连接顺序为d→e→f→g→h→a→b→c,
故答案为:d;e;f;g;h;a;b;c;
(2)实验室用浓盐酸和二氧化锰在加热条件下制备氯气,可用食盐晶体和浓硫酸替代盐酸,装置3用于除去氯化氢,可用饱和食盐水,装置4用于干燥氯气,可用浓硫酸,铁和氯气在装置1中进行反应,5加入碱石灰,可吸收氯气,
故答案为:
(3)AlCl3露置在空气中与空气中水发生水解反应生成氢氧化铝和氯化氢,所以会生成白雾,反应的化学方程式为:AlCl3+3H2O⇌Al(OH)3+3HCl;避免上述现象的发生应,可在装置I后连一干燥装置防空气中水蒸气无水氯化铝反应,
故答案为:AlCl3+3H2O⇌Al(OH)3+3HCl;在装置I后连一干燥装置防空气中水蒸气无水氯化铝反应.
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