鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛,如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等.
(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式
2 Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
2 Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計成原電池,請在右邊方框內(nèi)畫出原電池的裝置圖,標出正、負極,并寫出電極反應(yīng)式.
正極反應(yīng)
Fe3++e-=Fe2+
Fe3++e-=Fe2+
負極反應(yīng)
Cu-2e-=Cu2+
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,請參照下表給出的數(shù)據(jù)和藥品,簡述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的實驗步驟
①通入足量氯氣將Fe2+氧化成Fe3+;②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2-4.7;③過濾(除去Fe(OH)3
①通入足量氯氣將Fe2+氧化成Fe3+;②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2-4.7;③過濾(除去Fe(OH)3

  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
(4)某科研人員發(fā)現(xiàn)劣質(zhì)不銹鋼在酸中腐蝕緩慢,但在某些鹽溶液中腐蝕現(xiàn)象明顯.請從上表提供的藥品中選擇兩種(水可任選),設(shè)計最佳實驗,驗證劣質(zhì)不銹鋼腐蝕.有關(guān)反應(yīng)的化學方程式
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、CuSO4+Fe=FeSO4+Cu
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、CuSO4+Fe=FeSO4+Cu
;劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實驗現(xiàn)象
不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成
不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成
分析:(1)Fe3+有強氧化性,能把金屬銅氧化成銅離子;
(2)根據(jù)電池反應(yīng)式設(shè)計原電池,由發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)類型設(shè)計正負極,將發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬單質(zhì)設(shè)計成負極,比負極不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僭O(shè)計成正極,反應(yīng)物中的電解質(zhì)設(shè)計為電解質(zhì)溶液;
(3)先將將Fe2+轉(zhuǎn)化成Fe3+;再根據(jù)圖表條件溶液的pH值,三價鐵離子沉淀完全后,進行過濾即可;
(4)根據(jù)劣質(zhì)不銹鋼能與某些鹽溶液反應(yīng)而被腐蝕,所以要根據(jù)所給藥品制取鹽溶液,制取鹽溶液時要考慮環(huán)保,且該鹽溶液與鐵反應(yīng)時有明顯的現(xiàn)象.
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(yīng)方程式為2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,故答案為:2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
(2)設(shè)計成原電池時,負極上發(fā)生氧化反應(yīng),正極上發(fā)生還原反應(yīng),該電池反應(yīng)中三價鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以正極上的電極反應(yīng)式為Fe3++e-=Fe2+(或2Fe3++2e-=2Fe2+),銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以負極上的電極反應(yīng)式為Cu=2Cu2++2e-(或Cu-2e-=Cu2+);
電池反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬作負極,所以銅作負極,不如負極活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O,可選石墨作正極,發(fā)生還原反應(yīng)的電解質(zhì)溶液作原電池的電解質(zhì)溶液,所以該原電池圖為,故答案為:;Fe3++e-=Fe2+(或2Fe3++2e-=2Fe2+);Cu=2Cu2++2e-(或Cu-2e-=Cu2+);
(3)根據(jù)圖表知,F(xiàn)e3+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(zhuǎn)化為三價鐵離子,選取的試劑不能引進新的雜質(zhì)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(diào)節(jié)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通入足量氯氣將Fe2+氧化成Fe3+;②加入CuO調(diào)節(jié)溶液的pH至3.2-4.7;③過濾(除去Fe(OH)3).(4)劣質(zhì)不銹鋼能與某些鹽溶液反應(yīng)而被腐蝕,給取的藥品沒有鹽溶液,所以用給取的藥品制取鹽溶液,可用銅與濃硫酸反應(yīng)制取硫酸銅溶液,也可用氧化銅和稀硫酸制取硫酸銅溶液,但銅與濃硫酸反應(yīng)生成有毒氣體,不環(huán)保,所以用氧化銅和稀硫酸反應(yīng)制取硫酸銅溶液;硫酸銅和鐵反應(yīng)產(chǎn)生銅單質(zhì),所以可觀察到不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成.
故答案為:CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、CuSO4+Fe=FeSO4+Cu;不銹鋼表面有紫紅色物質(zhì)生成.
點評:本題考查了原電池的工作原理及原電池的設(shè)計,難度較大,原電池的設(shè)計是學習的重點和難度.
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