Question

【題目】電子工業上使用溶液蝕刻銅箔制造印刷電路板。在該制備工藝中，為了實現資源再生，減少污染，某興趣小組提出廢液處理和資源回收的過程如下：

Ⅰ.向廢液中投入過量鐵屑，充分反應后分離出固體和濾液；

Ⅱ.向濾液中加入一定量石灰水，調節溶液，同時鼓入足量的空氣。

已知：Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38，回答下列問題：

（1）蝕刻銅箔反應的離子方程式為______；過程Ⅰ加入鐵屑的主要作用是______

（2）過程Ⅱ中鼓入足量的空氣發生反應的化學方程式為______

（3）過程Ⅱ中調節溶液的為5，金屬離子濃度為______。（列式計算）

（4）另一興趣小組將制造印刷電路板蝕刻銅箔的反應設計成一個原電池。請將方框中實驗裝置圖補充完整，并作相應標注（標出電極材料、電解質溶液）。限選材料：，，，：銅片，鐵片，鋅片，石墨和導線。

（5）廢舊印刷電路板經粉碎分離能得到非金屬粉末和金屬粉末，也可回收利用實現資源再生，減少污染。印刷電路板的金屬粉末用 和 的混合溶液處理，溶出印刷電路板金屬粉末中的銅。控制其他條件相同時，測得不同溫下銅的平均溶解速率（見下表）。

溫度	20	30	40	50	60	70	80
銅平均溶解速率

①當溫度高于時，銅的平均溶解速率隨著反應溫度升高而下降，其主要原因是______。

②在提純后的溶液中加入一定量的和溶液，加熱，生成沉淀。制備的離子方程式是______。

Answer 1

【答案】2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ 回收金屬銅 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 雙氧水分解速率加快 2Cu2++2Cl-+SO32-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+

【解析】

（1）鐵離子和銅發生氧化還原反應，據此寫出反應的離子方程式；廢液含有亞鐵離子和銅離子等，過程Ⅰ加入鐵屑把廢液中的銅離子置換出來，回收金屬銅；

（2）氫氧化亞鐵易被空氣中的氧氣氧化成氫氧化鐵，據此寫出反應的方程式；

（3）pH=5，c(H+)=10-5mol/L，c(OH-)=10-9mol/L，根據Ksp[Fe(OH)3]=c3(OH-)·c(Fe3+)代入數值進行計算；

（4）2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，該反應為氧化還原反應，石墨做正極材料，氯化鐵在正極發生還原反應；銅在負極發生氧化反應，電解質溶液為硫酸銅；據此完成裝置圖；

（5）①溫度過高，雙氧水分解速率加快；

②根據題給信息寫該反應的離子方程式。

（1）鐵離子和銅發生氧化還原反應，離子方程式為：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；廢液含有亞鐵離子和銅離子等，過程Ⅰ加入鐵屑把廢液中的銅離子置換出來，回收金屬銅；

綜上所述，本題答案是：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；回收金屬銅。

（2）濾液中的亞鐵離子與OH-反應，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被空氣中的氧氣氧化成氫氧化鐵，所以過程Ⅱ中鼓入足量的空氣發生反應的化學方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；

綜上所述，本題答案是：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。

（3）pH=5，c(H+)=10-5mol/L，c(OH-)=10-9mol/L，根據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；

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

（4）2FeCl3+Cu= 2FeCl2+CuCl2,該反應為氧化還原反應，氯化鐵發生還原反應，銅發生氧化反應；因此，根據圖示裝置可知，左側燒杯加入硫酸銅溶液，電極為銅，銅在此極發生氧化反應：Cu﹣2e﹣=Cu2+ ，電解質溶液為硫酸銅；右側燒杯中加入氯化鐵溶液，電極材料為石墨，電解質溶液為氯化鐵，鐵離子在此極得電子還原為亞鐵離子，極反應為：Fe3++e﹣=Fe2+具體裝置圖如下：；

綜上所述，本題答案是：。

（5）①根據測得不同溫度下銅的平均溶解速率的數據，會發現隨著溫度的升高，銅的平均溶解速率，當溫度高于40℃時，銅的平均溶解速率隨著反應溫度升高而下降，因為雙氧水受熱易分解，導致金屬銅的反應速率減慢；
綜上所述，本題答案是：雙氧水分解速率加快。

②根據題給信息可知該反應的離子方程式是：2Cu2++2Cl-+SO32-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+；

綜上所述本題答案是：2Cu2++2Cl-+SO32-+H2O=2CuCl↓+SO42-+2H+。