Question

電子產品更新換代速度快，電路板（主要含Cu 和少量的Zn、Fe）回收利用是富有價值的研究課題，以下是某個從電路板中回收金屬銅的生產流程．回答下列問題：
（1）寫出腐蝕池中銅與氯化鐵反應的離子方程式

 

（2）在溶液1中加入適量稀鹽酸，然后加入試劑X，若從“綠色化學”角度考慮，X試劑應選

 

；寫出反應的離子方程式

 

（3）隨著印刷工業和電子工業的發展，三氯化鐵腐蝕液的用量不斷增加，廢腐蝕液量也隨之增加，而廢液一般含銅量高達0.09kg/L以上，為了提高銅的回收率，取溶液1做了如下實驗（第二次浸取）：
實驗：分別取X mL的溶液1，加入15g的鐵，在溫度為10℃-50℃下浸取，待置換完全后取出鐵片，將所有置換的銅過濾，洗凈，烘干稱重所得數據如圖所示．

則從實驗中可得出的結論是

 

（4）除上述回收方法外，還可以用以下方法：在濾液中加入適量的鹽酸調節溶液的 pH=1，用銅和石墨作電極進行電解．當觀察到陰極上有少量氣泡產生時，即停止電解，這時要回收的 Cu 已全部析出．請寫出銅電極上所發生的電極反應（若有多個電極反應，請按照反應發生的先后順序全部寫出）

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉變

專題：元素及其化合物

分析：（1）銅與鐵離子反應生成銅離子與亞鐵離子，根據氧化還原反應配平書寫離子方程式；
（2）三價鐵離子經反應后變成+2價，那為了循環利用亞鐵離子，需要加入氧化劑進行氧化，而從綠色化學的角度來看，雙氧水比較符合條件；
（3）由圖可知，銅的回收率隨著溫度和時間的增加而提高；
（4）待鍍金屬做陰極，溶液中Cu析出鍍在銅電極上，而在銅析出之前，有氧化性更強的鐵離子的電子，待銅全部析出之后，就有氫離子的電子成氫氣，可看到銅電極冒氣泡．

解答： 解：（1）銅與鐵離子反應生成銅離子與亞鐵離子，根據電子轉移守恒可知，銅與鐵離子的物質的量之比（3-2）：2=1：2，離子方程式為Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，
故答案為：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺；
（2）根據“綠色化學”思想，將溶液1中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺應選用雙氧水，可減少雜質的產生，化學方程式為H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：H₂O₂；H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由圖可知，銅的回收率隨著溫度和時間的增加而提高，
故答案為：銅的回收率隨置換時間和溫度增加而提高；
（4）待鍍金屬做陰極，溶液中Cu析出鍍在銅電極上，而在銅析出之前，有氧化性更強的鐵離子的電子，陰極反應式為先Fe³⁺+e^-=Fe²⁺后Cu²⁺+2e^-=Cu，
待銅全部析出之后，就有氫離子的電子成氫氣，可看到銅電極冒氣泡，陰極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：Fe³⁺+e^-=Fe²⁺、Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑．

點評：本題考查化學工藝流程題，為高考高頻考點，掌握電解原理、元素化合物的性質、混合物的分離、提純方法是解決本題的關鍵，題目難度中等．