Question

某校綜合實踐小組用廢鐵屑制FeCl₃，用作印刷電路銅板腐蝕劑，并回收銅．活動過程如下：

（1）寫出FeCl₃溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式

2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺

．
（2）若將（1）中的反應設計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標出正、負極，并寫出電極反應式．
裝置圖：

，正極反應

2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺

，負極反應

Cu-2e^-═Cu²⁺

．
（3）腐蝕銅板后的混合溶液中，若Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺的濃度均為0.10mol?L^-1，請參照下表完成除去CuCl₂溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的實驗步驟的相關問題：

	氫氧化物開始沉淀時的PH	氫氧化物沉淀完全時的PH
Fe3+ Fe2+ Cu2+	1.9 7.0 4.7	3.2 9.0 6.7
提供的藥品：Cl2　　濃H2SO4　　NaOH溶液　　CuO　　　Cu

①通入足量氯氣，目的

將Fe²⁺氧化成Fe³⁺

；
②加入CuO調節溶液的PH至

3.2-4.7

；
③過濾除去

Fe（OH）₃

（填化學式）
（4）學生甲對黃色溶液A和綠色溶液C進行定性實驗，完成下表：

編號	實驗內容	實驗操作	預期現象和結論
①	檢驗黃色溶液A中是否含有Fe2+	取少量黃色溶液A置于小試管中，滴入一滴酸性高錳酸鉀溶液	酸性高錳酸鉀溶液褪色，則黃色溶液A有Fe2+
②	檢驗綠色溶液C中是否含有Fe3+	取少量綠色溶液C置于小試管中，滴入一滴KSCN溶液	溶液出現血紅色，則綠色溶液C仍有Fe3+

（5）電解過程中的陰極材料是

純銅

．
（6）采用排液法收集氯氣，該液體是

飽和食鹽水

，原因

Cl₂在飽和食鹽水中溶解度較小

．

Answer 1

分析：（1）Fe³⁺有強氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子；
（2）根據電池反應式設計原電池，由發生反應的反應類型設計正負極，將發生氧化反應的金屬單質設計成負極，比負極不活潑的金屬或導電的非金屬設計成正極，反應物中的電解質設計為電解質溶液；
（3）先將Fe²⁺轉化成Fe³⁺；再根據圖表條件分析溶液的pH值，三價鐵離子沉淀完全后，進行過濾即可；
（4）在A的溶液中滴入酸性KMnO₄溶液，根據KMnO₄溶液顏色變化，說明是否含有亞鐵離子；
在C溶液中加入KSCN溶液，根據溶液是否變為紅色，判斷是否含有鐵離子；
（5）電解回收Cu，溶液中銅離子發生還原反應，在陰極析出，故Cu應作陰極；
（6）Cl₂在飽和食鹽水中溶解度較小，可以用排飽和食鹽水法收集氯氣．

解答：解：（1）Fe³⁺有強氧化性，能把金屬銅氧化成銅離子，自身被還原成Fe²⁺，反應方程式為2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案為：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）設計成原電池時，負極上發生氧化反應，正極上發生還原反應，該電池反應中三價鐵離子得電子發生還原反應，所以正極上的電極反應式為2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，銅失電子發生氧化反應，所以負極上的電極反應式為Cu-2e^-═Cu²⁺；
電池反應中發生氧化反應的金屬作負極，所以銅作負極，不如負極活潑的金屬或導電的非金屬作正極，可選石墨作正極，發生還原反應的電解質溶液作原電池的電解質溶液，所以該原電池圖為，
故答案為：；2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；Cu-2e^-═Cu²⁺；
（3）根據圖表知，Fe³⁺沉淀需要的PH值較小，與銅離子沉淀時的PH值相差較大，所以首先將二價鐵離子轉化為三價鐵離子，選取的試劑不能引進新的雜質離子，所以選取氯氣 作氧化劑；然后加熱氧化銅除去氯氣溶解生成的鹽酸，在pH值3.2時三價鐵離子完全沉淀，pH值4.7時銅離子開始沉淀，所以調節溶液的pH值至3.2-4.7；然后通過過濾除去生成的沉淀；
故答案為：①將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；②3.2-4.7；③Fe（OH）₃；
（4）在A的溶液中滴入酸性KMnO₄溶液，KMnO₄溶液顏色褪去，說明含有亞鐵離子，否則，不含亞鐵離子；
在C在溶液中加入KSCN溶液，溶液變為紅色，說明含有鐵離子，否則，不含鐵離子，
故答案為：

編號	實驗內容	實驗操作	預期現象和結論
①	檢驗黃色溶液A中是否含有Fe2+	取少量黃色溶液A置于小試管中，滴入一滴酸性高錳酸鉀溶液	酸性高錳酸鉀溶液褪色，則黃色溶液A有Fe2+
②	檢驗綠色溶液C中是否含有Fe3+	取少量綠色溶液C置于小試管中，滴入一滴KSCN溶液	溶液出現血紅色，則綠色溶液C仍有Fe3+

；
（5）電解回收Cu，溶液中銅離子發生還原反應，在陰極析出，故純Cu應作陰極，
故答案為：純銅；
（6）Cl₂在飽和食鹽水中溶解度較小，可以用排飽和食鹽水收集氯氣，
故答案為：飽和食鹽水；Cl₂在飽和食鹽水中溶解度較小．

點評：本題考查了化學工藝流程圖、原電池的工作原理及原電池的設計、對操作的條件控制與理解，難度較大，原電池的設計是學習的重點和難度．