化学实验方案设计典例分析

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7.6

9.6

Cu²⁺

4.4

6.4

Fe³⁺

2.7

3.7

 

 

 

 

 

 

 

化学合作小组的同学请设计了如下两个实验方案：

方案Ⅰ

 

方案Ⅱ

请你参与以下问题讨论：

（1）方案Ⅰ中，调pH的Y        （填“能”或“不能”）用NaOH溶液，pH调节的范

围是大于      而小于      ；X的名称是         。

（2）方案Ⅱ中，氧化剂X的化学式可以是        或        ；调pH的Y是             ；

pH调节的范围是大于      而小于      。

（3）从原子利用率的角度来看，你认为方案Ⅰ中的Y最好选用           。从环保的角度来看，方案Ⅱ中的X最好选用           。

 

分析：溶液Ⅰ中除了有CuCl₂外，还有FeCl₂杂质，据查阅到的相关材料中的有关数据，可通过形成金属氢氧化物沉淀来实现分离与提纯。

方案Ⅰ，它是将溶液pH调至大于6.4而小于7.6，Fe²⁺不沉淀，使Cu²⁺转化为氢氧化铜沉淀，经洗涤，再加入浓盐酸得CuCl₂溶液，然后，结晶过滤得CuCl₂·2H₂O晶体。

方案Ⅱ，它是先加入氧化剂X，将FeCl₂氧化为 FeCl₃，为了不引入杂质，氧化剂要用H₂O₂或Cl₂；加入Y的目的是调溶液的pH，为了不引入杂质，Y可以是CuO、CuCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃， 将溶液的pH调节到3.7～4.3之间，从而形成Fe(OH)₃沉淀，而CuCl₂不形成沉淀。然后，结晶过滤得CuCl₂·2H₂O晶体。从环保的角度看氧化剂用H₂O₂，H₂O₂是绿色氧化剂。方案Ⅰ的Y最好选用CuO，CuCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃与酸反应产生CO₂，不能进入目标产物，原子利用率不高。

 

答案：（1）能。6.4；7.6；浓盐酸。

（2）Cl₂；H₂O₂；CuO、CuCO₃、Cu₂(OH)₂CO₃；3.7；4.4。

（3）CuO；H₂O₂。

 

评价：通过调节溶液的pH，形成金属氢氧化物沉淀，也可以实现溶液中金属离子的分离。上述两方案都可以实现目标产物的制备，都是合理方案。物质的制备中所用试剂也要考虑到经济、环保和原子利用率。

 

三、物质性质实验方案的设计

    溶液中有多种存在微粒，在溶液中的一个化学反应的发生，到底是哪一种微粒的作用，

我们就必须通过实验来探究各种不同情况下的现象，最终得出结论。

 

例4．氧化铜是一种黑色固体，可溶于稀硫酸。某同学想知道是稀硫酸中的哪种粒子（H₂O、H⁺、SO₄^2-）能使氧化铜溶解。请你和他一起通过如图Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个实验完成探究活动。

 

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