Question

9．电子工业常用30%的FeCl₃溶液腐蚀敷在绝缘板上的印刷电路板铜箔．某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl₃溶液，准备采用图1流程：

（1）写出流程①中回收金属铜时发生反应的离子方程式Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu．请根据上述反应设计一个原电池，在方框2中画出简易装置图（标出相应电极名称、电极材料、电解质溶液）．
（2）写出图流程③相关反应的化学方程式：2FeCl₂+Cl₂=2FeCl₃．
（3）如图为3相互串联的甲、乙两个电解池（电极都是惰性电请回答：
①写出两电解池中的电解反应方程式：
甲2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．乙2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH
②若甲槽阴极增重12.8g，则乙槽阳极放出气体在标准状况下的体积为4.48L．
③若乙槽剩余液体为400mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为1mol/L．

Answer 1

分析 腐蚀废液中含有氯化铜、氯化亚铁，加入过量的铁可以和氯化铜反应生成金属铜和氯化亚铁，故A为Fe，经①所得滤液是氯化亚铁，滤渣是金属铜和过量的铁，铜不能盐酸反应，而金属铁可以，加入过量B为盐酸可以将铜分离，得到的滤液为氯化亚铁，滤液合并后通入氯气，能将亚铁离子氧化为三价铁，以此（1）（2）；
（3）图示是两个串联的电解池，依据电源判断A为阴极，B为阳极，Fe为阴极，C为阳极；
①电解硫酸铜溶液生成铜、阳极和硫酸，电解氯化钠溶液生成氯气、氢气和氢氧化钠；
②甲池是精炼铜，增重12.8g是铜的质量，根据电解反应过程中电极上的电子守恒计算；
③依据析出铜的物质的量结合电子守恒计算生成的氢氧化钠的物质的量，来计算浓度．

解答 解：（1）流程①中回收金属铜时，涉及反应为铁与氯化铜的反应，离子方程式为Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，如将该反应涉及成原电池，则铁为负极，正极可用碳棒，电解质溶液为硫酸铜，装置为，
故答案为：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu；；
（2）流程③为氯气和氯化亚铁的反应，方程式为2FeCl₂+Cl₂=2FeCl₃，故答案为：2FeCl₂+Cl₂=2FeCl₃．
（3）①电解硫酸铜溶液生成铜、氧气和硫酸，电解方程式为2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，电解氯化钠溶液生成氯气、氢气和氢氧化钠，电解方程式诶，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH；
②甲池是精炼铜，增重12.8g是铜的质量，物质的量为0.2mol，转移电子物质的量为0.4mol；根据电解反应过程中电极上的电子守恒计算可知；乙槽阳极电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑放出气体物质的量为0.2mol；在标准状况下的体积为4.48L；
故答案为：4.48L；
③依据析出铜的物质的量为0.2mol，电子转移为0.4mol，结合电子守恒和水电离出的氢离子和氢氧根离子守恒计算生成的氢氧化钠的物质的量来计算浓度；电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑；减少氢离子物质的量为0.4mol，溶液中增多氢氧根离子物质的量为0.4mol，常温下若乙槽剩余液体为400mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为1mol/L；
故答案为：1mol/L．

点评 本题考查化学工艺流程、原电池等，侧重于学生的分析能力以及元素化合物知识的综合理解和运用的考查，注意把握原电池的工作原理，电极判断方法，电极反应的书写，电子守恒的计算应用，串联的电解池，电极的分析判断，电路中电子守恒是解题关键．难度不大．