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(07年山东理综·29)(15分)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)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。

正极反应                           负投反应                      

(3)腐蚀铜板后的混合溶液中,若Cu2、Fe3和Fe2的浓度均为0.10mol·L1,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             

氢氧化物开始沉淀时的pH

氢氧化物沉淀完全时的pH

Fe3

1.9

3.2

Fe2

7.0

9.0

Cu2

4.7

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,验证劣质不锈钢易被腐蚀。

有关反应的化学方程式                                                    

劣质不锈钢腐蚀的实验现象                                               

(1)2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2

(2)

正极反应:Fe3+e=Fe2(或2Fe3+2e=2Fe2

负极反应:Cu=2Cu2+2e(或Cu-2e=Cu2

(3)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)CuO+H2SO4=CuSO4+H2O  CuSO4+Fe=FeSO4+Cu

不锈钢表面有紫红色物质生成


解析:

(1)Fe3+具有强氧化性,可以把一些金属单质如铁、铜等氧化成相应的离子,Fe3+腐蚀铜制电路板利用的就是这个原理,反应的离子方程式是:2Fe3+ + Cu====2Fe2+ + Cu2+

(2)由反应2Fe3+ + Cu====2Fe2+ + Cu2+可以判断出铜化合价升高,发生氧化反应,铜做负极,铁元素化合价降低,Fe3+ 发生还原反应,正极可以选用石墨棒,电解质溶液可以选用氯化铁溶液。回忆并仿照教材上的铜锌原电池装置,可以画出此原电池的装置图,装置图见答案。发生的电极反应为:

正极反应:Fe3+e=Fe2(或2Fe3+2e=2Fe2

负极反应:Cu=2Cu2+2e(或Cu-2e=Cu2)。

(3)除杂时,要把杂质全部除去,又不能引入新的杂质。根据题给信息可知:Fe3+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是1.9~3.2,Fe2+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是7.0~9.0,Cu2+的氢氧化物从开始沉淀到沉淀完全的pH范围是4.7~6.7。当pH为3.2时Fe3+完全沉淀,此时Cu2+不会沉淀,要使Fe2+完全沉淀需要使溶液的pH为9.0,此时Cu2+已经完全沉淀。因此,若要除去CuCl2溶液中的Fe3+、Fe2+,需要将Fe2+全部转化为Fe3+,采取的措施是向溶液中同入过量的氯气;为了不引入其它杂质,可以向溶液中加入CuO调节溶液的pH范围在3.2~4.7之间,此时Fe3+完全沉淀;最后过滤,即可得到纯净的氯化铜溶液。实验步骤见答案。

(4)不锈钢在某些盐溶液中比在酸溶液中腐蚀明显,说明这些盐溶液中的金属阳离子的氧化性比H+的氧化性强,即这些金属在金属活动性顺序位于氢的后面。要设计实验验证劣质不锈钢易被腐蚀,需要有容易与铁反应的盐,根据提供的药品可知这种盐是硫酸铜,制取硫酸铜的最佳方案是用氧化铜与稀硫酸反应制取,这种方法比浓硫酸与铜反应节省硫酸,并且不产生污染环境的SO2 。实验步骤是:①用适量水将浓硫酸稀释制取稀硫酸,②用氧化铜与稀硫酸反应制取硫酸铜,③将不锈钢加入硫酸铜溶液中观察现象。有关化学方程式和实验现象见答案。

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科目:高中化学 来源: 题型:

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