Question

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）若將FeCl₃溶液腐蝕印刷電路銅板中的反應(yīng)設(shè)計成原電池，請寫出正極反應(yīng)電極反應(yīng)式：

 

．
（2）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，目的是

 

；
②加入CuO調(diào)節(jié)溶液pH范圍至

 

～

 

；
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+	1.9	3.2
Fe2+	7.0	9.0
Cu2+	4.7	6.7
提供的藥品：Cl2　濃H2SO4　NaOH溶液　CuO　Cu

（3）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(xué)方程式

 

，

 

；劣質(zhì)不銹鋼腐蝕的實驗現(xiàn)象

 

．

Answer 1

考點：鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)變,銅金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）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；
（2）先將Fe²⁺轉(zhuǎn)化成Fe³⁺；再根據(jù)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；
（3）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）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，所故答案為：Fe³⁺+e^-=Fe²⁺；
（2）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：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，3.2～4.7；
（3）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，反應(yīng)方程式為CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu；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：本題考查了化學(xué)工藝流程圖、原電池的工作原理及原電池的設(shè)計、對操作的條件控制與理解，難度較大，原電池的設(shè)計是學(xué)習(xí)的重點和難度．