Question

（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Cu^2＋、Fe^3＋和Fe^2＋的浓度均为0.10mol·L^－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl₂溶液中Fe^3＋和Fe^2＋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                                               

Answer 1

（1）2Fe^3＋＋Cu＝2Fe^2＋＋Cu^2＋

（2）

正极反应：Fe^3＋＋e^－＝Fe^2＋（或2Fe^3＋＋2e^－＝2Fe^2＋）

负极反应：Cu＝2Cu^2＋＋2e^－（或Cu－2e^－＝Cu^2＋）

（3）①通入足量氯气将Fe^2＋氧化成Fe^3＋；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：Fe^3＋＋e^－＝Fe^2＋（或2Fe^3＋＋2e^－＝2Fe^2＋）

负极反应：Cu＝2Cu^2＋＋2e^－（或Cu－2e^－＝Cu^2＋）。

（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。