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  • 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:2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+).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FeCl3溶液. [資

    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:2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+).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FeCl3溶液.
    [資料獲悉]
    ①3Fe2++NO3-+4H+═3Fe3++NO↑+2H2O
    ②有關(guān)金屬離子從開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)過濾、洗滌、灼燒,冷卻后稱重得0.32g.
    通過計(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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)

    (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.
    化學(xué)人氣:804 ℃時(shí)間:2020-03-18 10:21:33
    優(yōu)質(zhì)解答
    [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.
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