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)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________，负极反应________．

(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺的浓度均为0.10 mol·L^－1，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________．

(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：________．

Answer 1

答案：
解析：

答案：(1)2Fe3+＋Cu2Fe2+＋Cu2+ 　　(2)装置图 　　正极反应：Fe3+＋e－Fe2+(或2Fe3+＋2e－2Fe2+) 　　负极反应：CuCu2+＋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＋H2SO4CuSO4＋H2O　CuSO4＋FeFeSO4＋Cu 　　不锈钢表面有紫红色物质生成 　　解析：本题考查了铁及其化合物、原电池和沉淀溶解的知识，也考查了分析问题的能力．问题(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+＋Cu2Fe2+＋Cu2+． 　　问题(2)：由反应2Fe3+＋Cu2Fe2+＋Cu2+可以判断出铜化合价升高，发生氧化反应，铜作负极，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．仿照教材上的铜锌原电池装置，可以画出原电池的装置图． 　　发生的电极反应为：正极反应：Fe3+＋e－Fe2+(或2Fe3+＋2e－2Fe2+) 　　负极反应：CuCu2+＋2e－(或Cu－2e－Cu2+)． 　　问题(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通入过量的氯气；为了不引入其他杂质，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． 　　问题(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表中位于氢的后面．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．