Question

20．已知Fe³⁺的氧化性大于Cu²⁺，據(jù)此性質(zhì)，某工廠用FeCl₃溶液腐蝕鍍有銅的絕緣板生產(chǎn)印刷電路．用離子方程式表示其化學(xué)原理2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺．
某實驗小組的同學(xué)對該廠生產(chǎn)印刷電路后所得的廢液進(jìn)行了分析：取50.00mL廢液，向其中加入0.64g金屬銅，金屬銅全部溶解；又取50.00mL 廢液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，析出沉淀43.05g．請回答以下問題 （此題的計算結(jié)果注意有效數(shù)字，即保留兩位小數(shù)）：
（1）該廠生產(chǎn)后廢液中所含金屬離子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（2）該廠原來使用的FeCl₃溶液的物質(zhì)的量濃度2mol/L（反應(yīng)前后溶液的體積變化忽略不計）；
（3）若向500.00mL廢液中加入足量的稀硝酸，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成NO氣體4.48L，則原廢液中各金屬陽離子的物質(zhì)的量濃度之比為（要表示出對應(yīng)的離子）c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=4：6：3；
（4）另取500.00mL廢液，加入一定量鐵屑，充分反應(yīng)后有銅析出，則所得溶液中Fe²⁺的物質(zhì)的量范圍為1.2＜n（Fe²⁺）≤1.5．

Answer 1

分析 鐵離子具有氧化性，能和Cu發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鐵離子和銅離子；
（1）向溶液中加入Cu，Cu溶解說明溶液中還含有鐵離子，同時溶液中還有亞鐵離子和銅離子；
（2）加入硝酸銀溶液得到的沉淀的AgCl，根據(jù)氯原子守恒計算原來氯化鐵溶液濃度；
（3）500ml溶液加足量稀硝酸，氧化的是亞鐵離子，離子方程式3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=2H₂O+3Fe³⁺+NO↑，因為NO的物質(zhì)的量為0.2mol所以亞鐵有0.6mol．根據(jù)離子方程2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺可知500ml溶液中銅離子0.3mol；50ml加入足量的硝酸銀溶液，析出沉淀43.05g為AgCl，物質(zhì)的量為0.03mol，可知500ml溶液中含有氯離子為0.3mol，根據(jù)電荷守恒可知溶液中鐵離子為0.4mol，同一溶液中，物質(zhì)的量之比等于其物質(zhì)的量濃度之比；
（4）向500.00mL該溶液中加入一定量鐵屑，首先發(fā)生2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，鐵離子反應(yīng)完畢，再發(fā)生Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，有銅開始析出時，即Fe³⁺恰好完全反應(yīng)，溶液為氯化亞鐵與氯化銅混合液，此時溶液中Fe²⁺最少，根據(jù)電荷守恒計算亞鐵離子的物質(zhì)的量．當(dāng)溶液中銅離子完全析出，此時溶液中Fe²⁺最多，溶液為氯化亞鐵溶液，根據(jù)氯離子守恒計算亞鐵離子的物質(zhì)的量．

解答 解：Fe³⁺氧化性大于Cu²⁺，用FeCl₃溶液腐蝕鍍有銅的絕緣板的離子方程式為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（1）由于向廢液中加入金屬銅后銅全部溶解，則鐵離子有剩余，廢液中含生成的Fe²⁺、Cu²⁺，和剩余的Fe³⁺，則該廠產(chǎn)生的廢液中所含金屬離子為：Fe²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺，
故答案為：Fe²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺；
（2）廢液加入足量的AgNO₃溶液，生成沉淀43.05g為AgCl質(zhì)量，其物質(zhì)的量為：$\frac{43.05g}{143.5g/mol}$=0.3mol，
根據(jù)氯元素守恒，原溶液中n（FeCl₃）=$\frac{1}{3}$n（AgCl）=×0.3mol=0.1mol，
故原廢液中c（FeCl₃）=2mol/L，
故答案為：2mol/L；
（3）500ml溶液加足量稀硝酸，氧化的是亞鐵離子，離子方程式3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=2H₂O+3Fe³⁺+NO↑，因為NO的物質(zhì)的量為0.2mol所以亞鐵有0.6mol．根據(jù)離子方程2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺可知500ml溶液中銅離子0.3mol；50ml加入足量的硝酸銀溶液，析出沉淀43.05g為AgCl，物質(zhì)的量為0.03mol，可知500ml溶液中含有氯離子為0.3mol，根據(jù)電荷守恒可知溶液中鐵離子為0.4mol，同一溶液中，物質(zhì)的量之比等于其物質(zhì)的量濃度之比所以c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）：n（Cu²⁺）=0.4mol：0.6mol：0.3mol=4：6：3，
故答案為：c（Fe³⁺）：c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=4：6：3；
（4）由（3）可知500ml溶液中n（Fe³⁺）=0.4mol，n（Fe²⁺）=0.6mol，n（Cu²⁺）=0.3mol，n（Cl^-）=3mol．
向500.00mL該溶液中加入一定量鐵屑，首先發(fā)生2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，鐵離子反應(yīng)完畢，再發(fā)生Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，有銅開始析出時，即Fe³⁺恰好完全反應(yīng)，溶液為氯化亞鐵與氯化銅混合液，此時溶液中Fe²⁺最少，根據(jù)電荷守恒可知，此時溶液中亞鐵離子物質(zhì)的量為n′（Fe²⁺）=$\frac{3mol-0.3mol×2}{2}$=1.2mol；
當(dāng)溶液中銅離子完全析出，此時溶液中Fe²⁺最多，溶液為氯化亞鐵溶液，根據(jù)氯離子守恒可知，此時亞鐵離子物質(zhì)的量為n″（Fe²⁺）=$\frac{3mol}{2}$=1.5mol，所以溶液中1.20＜n（Fe²⁺）≤1.50，
故答案為：1.2＜n（Fe²⁺）≤1.5．

點評 本題以銅、鐵和氯化鐵之間的反應(yīng)為載體考查氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計算，正確判斷溶液中中n（Fe³⁺）、n（Fe²⁺）、n（Cu²⁺）是解題的關(guān)鍵，注意結(jié)合原子守恒、電荷守恒進(jìn)行解答，題目難度中等．