Question

【题目】电子工业上使用溶液蚀刻铜箔制造印刷电路板。在该制备工艺中，为了实现资源再生，减少污染，某兴趣小组提出废液处理和资源回收的过程如下：

Ⅰ.向废液中投入过量铁屑，充分反应后分离出固体和滤液；

Ⅱ.向滤液中加入一定量石灰水，调节溶液，同时鼓入足量的空气。

已知：Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38，回答下列问题：

（1）蚀刻铜箔反应的离子方程式为______；过程Ⅰ加入铁屑的主要作用是______

（2）过程Ⅱ中鼓入足量的空气发生反应的化学方程式为______

（3）过程Ⅱ中调节溶液的为5，金属离子浓度为______。（列式计算）

（4）另一兴趣小组将制造印刷电路板蚀刻铜箔的反应设计成一个原电池。请将方框中实验装置图补充完整，并作相应标注（标出电极材料、电解质溶液）。限选材料：，，，：铜片，铁片，锌片，石墨和导线。

（5）废旧印刷电路板经粉碎分离能得到非金属粉末和金属粉末，也可回收利用实现资源再生，减少污染。印刷电路板的金属粉末用 和 的混合溶液处理，溶出印刷电路板金属粉末中的铜。控制其他条件相同时，测得不同温下铜的平均溶解速率（见下表）。

温度	20	30	40	50	60	70	80
铜平均溶解速率

①当温度高于时，铜的平均溶解速率随着反应温度升高而下降，其主要原因是______。

②在提纯后的溶液中加入一定量的和溶液，加热，生成沉淀。制备的离子方程式是______。

Answer 1

【答案】2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ 回收金属铜 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 c(Fe3+)=Ksp[Fe(OH)3]/c3(OH-)=4×10-38/10-27=4×10-11 mol/L 双氧水分解速率加快 2Cu2++2Cl-+SO32-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+

【解析】

（1）铁离子和铜发生氧化还原反应，据此写出反应的离子方程式；废液含有亚铁离子和铜离子等，过程Ⅰ加入铁屑把废液中的铜离子置换出来，回收金属铜；

（2）氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁，据此写出反应的方程式；

（3）pH=5，c(H+)=10-5mol/L，c(OH-)=10-9mol/L，根据Ksp[Fe(OH)3]=c3(OH-)·c(Fe3+)代入数值进行计算；

（4）2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，该反应为氧化还原反应，石墨做正极材料，氯化铁在正极发生还原反应；铜在负极发生氧化反应，电解质溶液为硫酸铜；据此完成装置图；

（5）①温度过高，双氧水分解速率加快；

②根据题给信息写该反应的离子方程式。

（1）铁离子和铜发生氧化还原反应，离子方程式为：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；废液含有亚铁离子和铜离子等，过程Ⅰ加入铁屑把废液中的铜离子置换出来，回收金属铜；

综上所述，本题答案是：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；回收金属铜。

（2）滤液中的亚铁离子与OH-反应，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁，所以过程Ⅱ中鼓入足量的空气发生反应的化学方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；

综上所述，本题答案是：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

（3）pH=5，c(H+)=10-5mol/L，c(OH-)=10-9mol/L，根据Ksp[Fe(OH)3]=c3(OH-)·c(Fe3+)=4×10-38，c(Fe3+)= Ksp[Fe(OH)3]/ c3(OH-)=4×10-38/10-27=4×10-11 mol/L；

综上所述，本题答案是：c(Fe3+)=Ksp[Fe(OH)3]/c3(OH-)=4×10-38/10-27=4×10-11 mol/L 。

（4）2FeCl3+Cu= 2FeCl2+CuCl2,该反应为氧化还原反应，氯化铁发生还原反应，铜发生氧化反应；因此，根据图示装置可知，左侧烧杯加入硫酸铜溶液，电极为铜，铜在此极发生氧化反应：Cu﹣2e﹣=Cu2+ ，电解质溶液为硫酸铜；右侧烧杯中加入氯化铁溶液，电极材料为石墨，电解质溶液为氯化铁，铁离子在此极得电子还原为亚铁离子，极反应为：Fe3++e﹣=Fe2+具体装置图如下：；

综上所述，本题答案是：。

（5）①根据测得不同温度下铜的平均溶解速率的数据，会发现随着温度的升高，铜的平均溶解速率，当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度升高而下降，因为双氧水受热易分解，导致金属铜的反应速率减慢；
综上所述，本题答案是：双氧水分解速率加快。

②根据题给信息可知该反应的离子方程式是：2Cu2++2Cl-+SO32-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+；

综上所述本题答案是：2Cu2++2Cl-+SO32-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+。