Question

一化學研究性學習小組對某工廠利用FeCl₃溶液與銅反應制印刷電路板所得廢液進行探究．
（1）甲同學取10mL廢液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得到的沉淀經過濾、洗滌、干燥、稱重為8.61g，乙同學另取10mL廢液，加入某試劑，將pH調至4.0，產生沉淀，沉淀經過濾、洗滌、灼燒，冷卻后稱重得0.32g．
已知有關金屬離子從開始沉淀到沉淀完全時溶液的pH為：
Fe³⁺：2.7～3.7；Cu²⁺：5.2～6.4；Fe²⁺：7.6～9.6
試求：
（1）上述廢液中c（Fe³⁺）=

 

；c（Cu²⁺）=

 

；c（Fe²⁺）=

 

（2）兩同學為了從廢液中回收銅，取上述1L廢液加入鐵粉，充分反應．請畫出加入鐵粉的物質的量與廢液中銅離子的物質的量的關系曲線，并利用該曲線計算，當銅離子的物質的量減少一半時，加入鐵粉的質量為多少克？

 

Answer 1

分析：（1）甲同學實驗操作的到的8.61g沉淀為氯化銀；乙同學pH調至4.0時，產生的沉淀為氫氧化鐵，氫氧化鐵受熱分解為氧化鐵和水，氧化鐵為0.32g，可求出鐵離子濃度，根據2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺和電荷守恒可求得亞鐵離子和銅離子濃度；
（2）上述1L廢液含有n（Fe³⁺）=0.4mol，n（Cu²⁺）=0.08mol，鐵先發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺ 后發(fā)生Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，0.4molFe³⁺消耗0.2molFe，此時n（Cu²⁺）=0.08mol，然后Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu反應，消耗鐵的物質的量與Cu²⁺減少的物質的量相等，以此關系畫圖即可；有圖可看出當銅離子物質的量變?yōu)?.4mol時，加入鐵的物質的量為0.6mol．

解答：解：（1）甲同學實驗操作的到的8.61g沉淀為氯化銀，物質的量是0.06mol，則Cl^-物質的量為0.06mol，乙同學pH調至4.0時，只有Fe³⁺沉淀而且沉淀完全，沉淀為氫氧化鐵，灼燒得到0.32gFe₂O₃，物質的量為0.002mol，根據元素守恒可知Fe³⁺的物質的量為0.004mol，c（Fe³⁺）=

0.004mol

0.01L

=0.4 mol?L^-1；由2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺可知2n（Cu²⁺）=n（Fe²⁺），由電荷守恒可知，3n（Fe³⁺）+2n（Cu²⁺）+2n（Fe²⁺）=n（Cl^-），即n（Cu²⁺）+n（Fe²⁺）=

1

2

（0.06mol-0.004mol×3）=0.024mol，n（Cu²⁺）+n（Fe²⁺）=n（Cu²⁺）+2n（Cu²⁺）=0.024mol，求得：n（Cu²⁺）=0.008mol，c（Cu²⁺）=

0.008mol

0.01L

=0.8 mol?L^-1，則
n（Fe²⁺）=2n（Cu²⁺）=0.016mol，c（Fe²⁺）=

0.016mol

0.01L

=1.6 mol?L^-1，
故答案為：0.4 mol?L^-1；0.8 mol?L^-1 ；1.6 mol?L^-1；
（2）上述1L廢液含有n（Fe³⁺）=0.4mol，n（Cu²⁺）=0．，8mol，鐵先發(fā)生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺ 后發(fā)生Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，0.4molFe³⁺消耗0.2molFe，此時
n（Cu²⁺）=0.8mol，得到坐標（0.2，0.8），然后Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu反應，消耗鐵的物質的量與Cu²⁺減少的物質的量相等，可得到如下幾個坐標（0.4，0.6）、（0.6，0.4）（0.8，0.2）、（1.0，0）以此關系畫圖即可；當銅離子物質的量變?yōu)?.4mol時，加入鐵的物質的量為0.6mol，質量為0.6mol×56g/mol=33.6g．
故答案為：；33.6g．

點評：本題考查銅、鐵極其離子的反應，側重于物質的推斷和離子濃度的計算，體現(xiàn)了電荷守恒思想，作圖能力和計算能力一直是難點．