Cu元素氧化態(tài)的穩(wěn)定性探析

河北 韓萬中

一、問題的提出

【例1】(2017年全國卷Ⅲ·13題)在濕法煉鋅的電解循環(huán)溶液中，較高濃度的Cl-會腐蝕陽極板而增大電解能耗?？上蛉芤褐型瑫r加入Cu和CuSO4，生成CuCl沉淀從而除去Cl-。根據(jù)溶液中平衡時相關(guān)離子濃度的關(guān)系圖，下列說法錯誤的是

( )

A．Ksp(CuCl)的數(shù)量級為10-7

C．加入Cu越多，Cu+濃度越高，除Cl-效果越好

本題以電解液中雜質(zhì)離子的除去原理為背景，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性和實踐性。Cl-對陽極有害，如果考查Cl-的去除方法是本題的明線，那么考查Cu的價態(tài)轉(zhuǎn)化則是暗線。引人注目的是題目中出現(xiàn)的CuCl沉淀，與熟悉的CuCl2形成了鮮明的對比，學(xué)生普遍感到陌生卻又新奇。

上述解析，從氧化還原反應(yīng)原理角度解釋了Cu(Ⅱ)與Cu(Ⅰ)的相互轉(zhuǎn)化；從求導(dǎo)溶度積常數(shù)、化學(xué)平衡常數(shù)出發(fā)，剖析了溶液中平衡時相關(guān)離子濃度的關(guān)系……凡此種種理解，僅僅局限在中學(xué)能力層級，沒有更多的深究和理論支撐。

二、理論探析

三、思維進階

當學(xué)習(xí)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》時，物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀念不斷強化，教師有責任引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)結(jié)構(gòu)上分析銅元素兩種氧化態(tài)存在的合理性。

【例2】(2016年四川卷·9題節(jié)選)CuCl廣泛應(yīng)用于化工和印染等行業(yè)。某研究性學(xué)習(xí)小組擬熱分解 CuCl2·2H2O 制備CuCl，并進行相關(guān)探究。

問題略。

【解析】閱讀題目中所列出的“資料查閱”，我們先不管CuCl2·2H2O的分解，只把目光聚焦在CuCl2的熱分解上，可以發(fā)現(xiàn)CuCl2加熱到300℃以上時，生成穩(wěn)定的CuCl。

我們可以從Cu的電離能數(shù)據(jù)找到依據(jù)：

這說明在較高溫度下，Cu+比Cu2+穩(wěn)定，符合洪特規(guī)則。

類似的事實還有：CuO加熱到1 000℃時分解生成紅色的Cu2O，Cu2O十分穩(wěn)定，在1 235℃熔化但不分解。

所以，在有水的情況下Cu2+是穩(wěn)定的，這就是我們通常接觸到的銅的化合物是Cu(Ⅱ)的緣故。

【例3】(2015年全國卷Ⅰ·36題節(jié)選)氯化亞銅(CuCl)廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅(主要成分是Cu和少量CuO)為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝過程如下：

寫出步驟③中主要反應(yīng)的離子方程式___________。

上述工藝中，步驟⑥不能省略，理由是__________。