一化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組對某工廠生產(chǎn)印刷電路板后所得廢液進(jìn)行探究(生產(chǎn)原理:2Fe
3++Cu═2Fe
2++Cu
2+).請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FeCl
3溶液.
[資料獲悉]
①3Fe
2++NO
3-+4H
+═3Fe
3++NO↑+2H
2O
②有關(guān)金屬離子從開始沉淀到沉淀完全時(shí)溶液的pH:
Fe
3+:2.7~3.7 Cu
2+:5.2~6.4 Fe
2+: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FeCl
3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Fe
2+、Cu
2+外,還含有Fe
3+.
甲同學(xué)取10mL廢液,向其中加入足量的AgNO
3溶液,得到的沉淀經(jīng)過濾、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Fe
3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)
3沉淀,而Fe
2+、Cu
2+仍留在廢液中,沉淀經(jīng)過濾、洗滌、灼燒,冷卻后稱重得0.32g.
通過計(jì)算可知廢液中c(Fe
3+)=______mol/L,c(Fe
2+)=______mol/L,c(Cu
2+)=______mol/L.
[交流討論]
如何回收1L廢液中含有的銅,并重新得到FeC1
3溶液?
丙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該先向廢液中加入wg鐵粉[w=c(Cu
2+)×1L×56g/mol],使之充分反應(yīng)置換出銅,過濾,得金屬銅.再向?yàn)V液中加入適量的稀硝酸,將Fe
2+全部氧化為Fe
3+,并進(jìn)行尾氣處理,即可達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模行┩瑢W(xué)認(rèn)為丙同學(xué)的方案不可行,請你評價(jià)丙同學(xué)的方案有哪些不妥之處?(不一定填滿)
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/1c950a7b02087bf448e5bc5df1d3572c11dfcf7d.jpg)
(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]
請畫出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.
[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Fe
3+沉淀而且沉淀完全,沉淀為氫氧化鐵,灼燒得到0.32gFe
2O
3,物質(zhì)的量為0.002mol,根據(jù)元素守恒可知Fe
3+的物質(zhì)的量為0.004mol,c(Fe
3+)=
=0.4 mol?L
-1;由2Fe
3++Cu═Cu
2++2Fe
2+可知2n(Cu
2+)=n(Fe
2+),由電荷守恒可知,3n(Fe
3+)+2n(Cu
2+)+2n(Fe
2+)=n(Cl
-),即n(Cu
2+)+n(Fe
2+)=
(0.06mol-0.004mol×3)=0.024mol,n(Cu
2+)+n(Fe
2+)=n(Cu
2+)+2n(Cu
2+)=0.024mol,求得:n(Cu
2+)=0.008mol,c(Cu
2+)=
=0.8 mol?L
-1,則
n(Fe
2+)=2n(Cu
2+)=0.016mol,c(Fe
2+)=
=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(Fe
3+)=0.4 mol?L
-1,c(Cu
2+)=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Cu
2+;用HNO
3氧化,會引入新的雜質(zhì)NO
3-;
[拓展延伸]:上述1L廢液含有n(Fe
3+)=0.4mol,n(Cu
2+)=0.,8mol,鐵先發(fā)生Fe+2Fe
3+=3Fe
2+ 后發(fā)生Cu
2++Fe=Fe
2++Cu,0.4molFe
3+消耗0.2molFe,此時(shí)n(Cu
2+)=0.8mol,得到坐標(biāo)(0.2,0.8),然后Cu
2++Fe=Fe
2++Cu反應(yīng),消耗鐵的物質(zhì)的量與Cu
2+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:
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/f7246b600c338744d8c20ece520fd9f9d72aa078.jpg)
;
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:
![](http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/f7246b600c338744d8c20ece520fd9f9d72aa078.jpg)
;33.6.