Question

某校综合实践小组用废铁屑制FeCl₃，用作印刷电路铜板腐蚀剂，并回收铜．活动过程如下：

（1）写出FeCl₃溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式

2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺

．
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式．
装置图：

，正极反应

2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺

，负极反应

Cu-2e^-═Cu²⁺

．
（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺的浓度均为0.10mol?L^-1，请参照下表完成除去CuCl₂溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的实验步骤的相关问题：

	氢氧化物开始沉淀时的PH	氢氧化物沉淀完全时的PH
Fe3+ Fe2+ Cu2+	1.9 7.0 4.7	3.2 9.0 6.7
提供的药品：Cl2　　浓H2SO4　　NaOH溶液　　CuO　　　Cu

①通入足量氯气，目的

将Fe²⁺氧化成Fe³⁺

；
②加入CuO调节溶液的PH至

3.2-4.7

；
③过滤除去

Fe（OH）₃

（填化学式）
（4）学生甲对黄色溶液A和绿色溶液C进行定性实验，完成下表：

编号	实验内容	实验操作	预期现象和结论
①	检验黄色溶液A中是否含有Fe2+	取少量黄色溶液A置于小试管中，滴入一滴酸性高锰酸钾溶液	酸性高锰酸钾溶液褪色，则黄色溶液A有Fe2+
②	检验绿色溶液C中是否含有Fe3+	取少量绿色溶液C置于小试管中，滴入一滴KSCN溶液	溶液出现血红色，则绿色溶液C仍有Fe3+

（5）电解过程中的阴极材料是

纯铜

．
（6）采用排液法收集氯气，该液体是

饱和食盐水

，原因

Cl₂在饱和食盐水中溶解度较小

．

Answer 1

分析：（1）Fe³⁺有强氧化性，能把金属铜氧化成铜离子；
（2）根据电池反应式设计原电池，由发生反应的反应类型设计正负极，将发生氧化反应的金属单质设计成负极，比负极不活泼的金属或导电的非金属设计成正极，反应物中的电解质设计为电解质溶液；
（3）先将Fe²⁺转化成Fe³⁺；再根据图表条件分析溶液的pH值，三价铁离子沉淀完全后，进行过滤即可；
（4）在A的溶液中滴入酸性KMnO₄溶液，根据KMnO₄溶液颜色变化，说明是否含有亚铁离子；
在C溶液中加入KSCN溶液，根据溶液是否变为红色，判断是否含有铁离子；
（5）电解回收Cu，溶液中铜离子发生还原反应，在阴极析出，故Cu应作阴极；
（6）Cl₂在饱和食盐水中溶解度较小，可以用排饱和食盐水法收集氯气．

解答：解：（1）Fe³⁺有强氧化性，能把金属铜氧化成铜离子，自身被还原成Fe²⁺，反应方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案为：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）设计成原电池时，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，该电池反应中三价铁离子得电子发生还原反应，所以正极上的电极反应式为2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺，铜失电子发生氧化反应，所以负极上的电极反应式为Cu-2e^-═Cu²⁺；
电池反应中发生氧化反应的金属作负极，所以铜作负极，不如负极活泼的金属或导电的非金属作正极，可选石墨作正极，发生还原反应的电解质溶液作原电池的电解质溶液，所以该原电池图为，
故答案为：；2Fe³⁺+2e^-═2Fe²⁺；Cu-2e^-═Cu²⁺；
（3）根据图表知，Fe³⁺沉淀需要的PH值较小，与铜离子沉淀时的PH值相差较大，所以首先将二价铁离子转化为三价铁离子，选取的试剂不能引进新的杂质离子，所以选取氯气 作氧化剂；然后加热氧化铜除去氯气溶解生成的盐酸，在pH值3.2时三价铁离子完全沉淀，pH值4.7时铜离子开始沉淀，所以调节溶液的pH值至3.2-4.7；然后通过过滤除去生成的沉淀；
故答案为：①将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溶液颜色褪去，说明含有亚铁离子，否则，不含亚铁离子；
在C在溶液中加入KSCN溶液，溶液变为红色，说明含有铁离子，否则，不含铁离子，
故答案为：

编号	实验内容	实验操作	预期现象和结论
①	检验黄色溶液A中是否含有Fe2+	取少量黄色溶液A置于小试管中，滴入一滴酸性高锰酸钾溶液	酸性高锰酸钾溶液褪色，则黄色溶液A有Fe2+
②	检验绿色溶液C中是否含有Fe3+	取少量绿色溶液C置于小试管中，滴入一滴KSCN溶液	溶液出现血红色，则绿色溶液C仍有Fe3+

；
（5）电解回收Cu，溶液中铜离子发生还原反应，在阴极析出，故纯Cu应作阴极，
故答案为：纯铜；
（6）Cl₂在饱和食盐水中溶解度较小，可以用排饱和食盐水收集氯气，
故答案为：饱和食盐水；Cl₂在饱和食盐水中溶解度较小．

点评：本题考查了化学工艺流程图、原电池的工作原理及原电池的设计、对操作的条件控制与理解，难度较大，原电池的设计是学习的重点和难度．