Question

铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl₃可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等．
（1）写出FeCl₃溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式

2 Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺

．
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请在右边方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式．
正极反应

Fe³⁺+e^-=Fe²⁺

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，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl₂溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的实验步骤

①通入足量氯气将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）

	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

（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显．请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢腐蚀．有关反应的化学方程式

CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu

；劣质不锈钢腐蚀的实验现象

不锈钢表面有紫红色物质生成

．

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）先将将Fe²⁺转化成Fe³⁺；再根据图表条件溶液的pH值，三价铁离子沉淀完全后，进行过滤即可；
（4）根据劣质不锈钢能与某些盐溶液反应而被腐蚀，所以要根据所给药品制取盐溶液，制取盐溶液时要考虑环保，且该盐溶液与铁反应时有明显的现象．

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Fe³⁺+e^-=Fe²⁺（或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=2Cu²⁺+2e^-（或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：；Fe³⁺+e^-=Fe²⁺（或2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺）；Cu=2Cu²⁺+2e^-（或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通入足量氯气将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）．（4）劣质不锈钢能与某些盐溶液反应而被腐蚀，给取的药品没有盐溶液，所以用给取的药品制取盐溶液，可用铜与浓硫酸反应制取硫酸铜溶液，也可用氧化铜和稀硫酸制取硫酸铜溶液，但铜与浓硫酸反应生成有毒气体，不环保，所以用氧化铜和稀硫酸反应制取硫酸铜溶液；硫酸铜和铁反应产生铜单质，所以可观察到不锈钢表面有紫红色物质生成．
故答案为：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O、CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu；不锈钢表面有紫红色物质生成．

点评：本题考查了原电池的工作原理及原电池的设计，难度较大，原电池的设计是学习的重点和难度．