Question

一化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)某工廠生產(chǎn)印刷電路板后所得廢液進(jìn)行探究（生產(chǎn)原理：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺）．請(qǐng)按要求完成下列探究報(bào)告．
[探究目的]
從廢液中回收銅，并重新得到FeCl₃溶液．
[資料獲悉]
①3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O
②有關(guān)金屬離子從開(kāi)始沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH：
Fe³⁺：2.7～3.7    Cu²⁺：5.2～6.4    Fe²⁺：7.6～9.6
[探究思路]
（1）先確定廢液的組成及各金屬離子的濃度；
（2）選擇合適試劑回收銅，并重新得到FeCl₃溶液．
[實(shí)驗(yàn)探究]
取幾滴廢液于試管中加水稀釋后，滴加KSCN溶液出現(xiàn)血紅色，可知廢液中除含有Fe²⁺、Cu²⁺外，還含有Fe³⁺．
甲同學(xué)取10mL廢液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得到的沉淀經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，稱重8.61g．乙同學(xué)另取10mL廢液，加入某試劑將pH調(diào)至4.0，使其中Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，而Fe²⁺、Cu²⁺仍留在廢液中，沉淀經(jīng)過(guò)濾、洗滌、灼燒，冷卻后稱重得0.32g．
通過(guò)計(jì)算可知廢液中c（Fe³⁺）=

 

mol/L，c（Fe²⁺）=

 

mol/L，c（Cu²⁺）=

 

mol/L．
[交流討論]
如何回收1L廢液中含有的銅，并重新得到FeC1₃溶液？
丙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該先向廢液中加入wg鐵粉[w=c（Cu²⁺）×1L×56g/mol]，使之充分反應(yīng)置換出銅，過(guò)濾，得金屬銅．再向?yàn)V液中加入適量的稀硝酸，將Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，并進(jìn)行尾氣處理，即可達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模�有些同學(xué)認(rèn)為丙同學(xué)的方案不可行，請(qǐng)你評(píng)價(jià)丙同學(xué)的方案有哪些不妥之處？（不一定填滿）
（1）

 

  （2）

 

  （3）

 

該小組同學(xué)根據(jù)討論得到的合理方案進(jìn)行操作，最終達(dá)到了預(yù)期目的．（方案內(nèi)容略）
[拓展延伸]
請(qǐng)畫(huà)出1L廢液中加入鐵粉的物質(zhì)的量與廢液中銅離子的物質(zhì)的量的關(guān)系曲線，并利用圖象計(jì)算，當(dāng)銅離子的物質(zhì)的量減少一半時(shí)，加入鐵粉的質(zhì)量是

 

g．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量,物質(zhì)的量濃度的相關(guān)計(jì)算

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題,計(jì)算題

分析：[實(shí)驗(yàn)探究]：甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的到的8.61g沉淀為氯化銀；乙同學(xué)pH調(diào)至4.0時(shí)，產(chǎn)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(jù)2Fe³⁺+Cu═Cu²⁺+2Fe²⁺和電荷守恒可求得亞鐵離子和銅離子濃度；
[交流討論]：溶液中存在鐵離子，進(jìn)入的鐵粉wg無(wú)法將銅離子完全轉(zhuǎn)化成銅單質(zhì)；使用硝酸，引進(jìn)了雜質(zhì)硝酸根離子；
[拓展延伸]：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(shí)n（Cu²⁺）=0.08mol，然后Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu反應(yīng)，消耗鐵的物質(zhì)的量與Cu²⁺減少的物質(zhì)的量相等，以此關(guān)系畫(huà)圖即可；由圖可看出當(dāng)銅離子物質(zhì)的量變?yōu)?.4mol時(shí)，加入鐵的物質(zhì)的量為0.6mol．

解答： 解：[實(shí)驗(yàn)探究]甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的到的8.61g沉淀為氯化銀，物質(zhì)的量是0.06mol，則Cl^-物質(zhì)的量為0.06mol，乙同學(xué)pH調(diào)至4.0時(shí)，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(zhì)的量為0.002mol，根據(jù)元素守恒可知Fe³⁺的物質(zhì)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；1.6；0.8；
[交流討論]：根據(jù)上面計(jì)算可知，c（Fe³⁺）=0.4 mol?L^-1，c（Cu²⁺）=0.8 mol?L^-1，進(jìn)入wg鐵粉，鐵粉質(zhì)量不足，溶液中有殘留的銅離子；使用硝酸做氧化劑，反應(yīng)后引進(jìn)了雜質(zhì)硝酸根離子，
故答案為：加入鐵粉不足，溶液中有殘留的Cu²⁺；用HNO₃氧化，會(huì)引入新的雜質(zhì)NO₃^-；
[拓展延伸]：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(shí)n（Cu²⁺）=0.8mol，得到坐標(biāo)（0.2，0.8），然后Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu反應(yīng)，消耗鐵的物質(zhì)的量與Cu²⁺減少的物質(zhì)的量相等，可得到如下幾個(gè)坐標(biāo)（0.4，0.6）、（0.6，0.4）（0.8，0.2）、（1.0，0），根據(jù)以上關(guān)系可以畫(huà)出1L廢液中加入鐵粉的物質(zhì)的量與廢液中銅離子的物質(zhì)的量的關(guān)系曲線：
；
當(dāng)銅離子物質(zhì)的量變?yōu)?.4mol時(shí)，加入鐵的物質(zhì)的量為0.6mol，質(zhì)量為0.6mol×56g/mol=33.6g，
故答案為：；33.6．

點(diǎn)評(píng)：本題考查銅、鐵極其離子的反應(yīng)，側(cè)重于物質(zhì)的推斷和離子濃度的計(jì)算，題目難度較大，試題體現(xiàn)了電荷守恒思想，作圖能力和計(jì)算能力為本題難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)．