Question

隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和家用電器的普及，我國印刷電路板（PCB）的生產(chǎn)呈現(xiàn)急劇增長之勢．廢舊電路板的增多給我們帶來了環(huán)境問題，目前我們臺州大多采用32%～35%的FeCl₃溶液溶解印刷線路板上的金屬銅，從而進行對銅的回收和利用．經(jīng)分析腐蝕廢液中主要含有HCl、FeCl₂和CuCl₂等溶質(zhì)．
（1）用32%～35%的FeCl₃溶液溶解印刷線路板上的金屬銅的原理是（用離子方程式表示）：

 

．
（2）工業(yè)上有多種回收腐蝕廢液中銅的方法，下面是常用的兩種方法：
Ⅰ、電化學(xué)方法回收腐蝕廢液中銅，則陽極（石墨）上的電極反應(yīng)式為：

 

．
Ⅱ、工業(yè)上也可以用鐵粉回收腐蝕廢液中的銅：
①用鐵粉回收銅的實驗操作為

 

．②科學(xué)家對鐵置換銅工藝的研究如下：
分別用還原鐵粉、廢鐵屑和廢鐵屑在超聲波粉碎處理下置換銅，將置換出的銅粉放入250mL燒杯中，加入120mL 1.5mol?L^-1的硫酸，水浴加熱，控制溫度在70℃，攪拌，在10、20、30、40、50、60min時，分別用吸管移取0.5g左右的銅于試管內(nèi)，將上層清液倒回小燒杯中，用蒸餾水洗凈試樣，過濾，在105℃烘箱中烘干后測定銅粉中鐵的含量．其結(jié)果如圖：

已知a表示用還原鐵粉置換銅的除鐵效果，b表示用廢鐵屑置換銅的除鐵效果，c表示用廢鐵屑在超聲波下置換銅的除鐵效果，你認為除鐵效果最好的是

 

（填a、b或c），其原因是

 

．
（3）工業(yè)上也可用腐蝕廢液生成CuCl₂?2H₂O，從而進行對廢液的利用，其工藝流程如圖：

已知：pH≥9.6時，F(xiàn)e²⁺ 以Fe（OH）₂的形式完全沉淀； pH≥6.4時，Cu²⁺ 以Cu（OH）₂的形式完全沉淀； pH在3～4時，F(xiàn)e³⁺ 以Fe（OH）₃ 的形式完全沉淀．
①試劑A最好應(yīng)選用

 

．
a．濃硫酸       b．Cl₂       c．NaClO　　　　　　d．NaOH溶液
理由是

 

．
②分析有關(guān)物質(zhì)的溶解度曲線（如圖），為了獲得CuCl₂?2H₂O晶體，對濾液B進行的操作是：

 

、

 

，過濾得到產(chǎn)品．

③測定CuCl₂?2H₂O產(chǎn)品的質(zhì)量分數(shù)可按下法：取2.000g產(chǎn)品，用水溶解后，加入60.00mL 0.4000mol?L^-1的KI溶液（足量），充分反應(yīng)后加入淀粉指示劑，用0.4000mol?L^-1 Na₂S₂O₃標準溶液滴定，耗去此標準液25.00mL時，剛好到達滴定終點．
已知：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂    I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-此產(chǎn)品中CuCl₂?2H₂O的質(zhì)量分數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗設(shè)計題,元素及其化合物

分析：（1）銅具有還原性，鐵離子具有氧化性，二者之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）金屬鐵可以和氯化銅反應(yīng)置換出金屬銅，剩余的鐵可以和鹽酸反應(yīng)，但是金屬銅和鹽酸之間不反應(yīng)；
（3）獲得CuCl₂?2H₂O晶體，需要利用重結(jié)晶法把硫酸鈉除掉，蒸發(fā)濃縮后，由于同溫下硫酸鈉的溶解度小，會有大量硫酸鈉析出，故趁熱過濾掉析出的硫酸鈉；而40攝氏度時硫酸鈉溶解度最大，硫酸鈉最不容易析出，為了得到更多的析出CuCl₂?2H₂O晶體，溫度略低于40℃的范圍內(nèi)分離；根據(jù)反應(yīng)的過程：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，得到關(guān)系式：Cu²⁺～S₂O₃^2-，進行計算即可．

解答： 解：（1）銅具有還原性，鐵離子具有氧化性，二者之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案為：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）工業(yè)上有多種回收腐蝕廢液中銅的方法，下面是常用的兩種方法：
Ⅰ、電化學(xué)方法回收腐蝕廢液中銅，則陽極（石墨）上的電極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為：Fe²⁺-e^-═Fe³⁺，故答案為：Fe²⁺-e^-═Fe³⁺；
Ⅱ、工業(yè)上也可以用鐵粉回收腐蝕廢液中的銅：①用鐵粉回收銅的實驗操作為①金屬鐵可以和氯化銅反應(yīng)置換出金屬銅，但是和氯化亞鐵之間不反應(yīng)，加入足量的金屬鐵，保證銅均被置換出來，剩余的鐵可以和鹽酸反應(yīng)，但是金屬銅和鹽酸之間不反應(yīng)，再過濾可以濾出金屬銅，最后將銅干燥即可，故答案為：加入過量鐵粉CuCl₂+Fe═Cu+FeCl₂，過濾，在所得固體中加入稀鹽酸溶解殘余的鐵，再濾出固體洗滌得銅；②影響化學(xué)反應(yīng)速率：粉末狀物質(zhì)的反應(yīng)速率快于塊狀的，根據(jù)圖象信息，a的反應(yīng)速率最快，除鐵效果最好，
故答案為：a；使用細鐵粉，還原得細銅粉，銅粉顆粒越小，與酸接觸的表面積越大，內(nèi)部的鐵與酸反應(yīng)越快，即除鐵效率越高；
（3）為了將廢液中的亞鐵離子除去，加入一種試劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)pH值，可以將鐵離子沉淀出來，但是銅離子不沉淀即可，故選NaClO，它具有堿性和氧化性，能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且反應(yīng)能消耗H⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺沉淀，故答案為：c；NaClO能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且反應(yīng)能消耗H⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺沉淀．
NaClO能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且反應(yīng)能消耗H⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺沉淀；蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶；85.50%；有圖2可知硫酸鈉的溶解度較小而且溫度較高時隨溫度的變化不大，加熱濃縮時會有大量的硫酸鈉析出，冷卻結(jié)晶時盡量保證硫酸鈉不析出，而40攝氏度時硫酸鈉溶解度最大，為了能析出更多的CuCl₂?2H₂O晶體，
依據(jù)2Na₂S₂O₃+I₂═Na₂S₄O₆+2NaI，2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂；
得到       Na₂S₂O₃～Cu²⁺
           1          1
0.4000mol/L×0.0250L  0.01mol
則CuCl₂?2H₂O的物質(zhì)的量為：0.01mol，
試樣中CuCl₂?2H₂O的質(zhì)量百分數(shù)為

0.01mol×171g/mol

2．og

×100%=85.50%．
故答案為：①C、NaClO能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，且反應(yīng)能消耗H⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺沉淀；②蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；③85.50%．

點評：本題以實驗的方法考查學(xué)生含鐵化合物的性質(zhì)知識，注重物質(zhì)的分離、提純和化學(xué)實驗基本操作的知識以及根據(jù)化學(xué)方程式進行計算的知識，難度中等．