Fe2+、Fe3+相互轉(zhuǎn)化系列例題的選擇與解析

朱懷義

摘要：選擇了一系列以印刷電路板的制作、蝕刻廢液的再生等為素材的典型例題，并進(jìn)行了詳細(xì)的解析，引導(dǎo)學(xué)生深入理解Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化的原理，優(yōu)化思維品質(zhì)，提高解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化；例題解析；思維優(yōu)化；印刷電路板

文章編號(hào)：1005–6629（2014）1–0063–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

印刷電路板（PCB）（如圖1所示）的制作、蝕刻廢液的再生處理過(guò)程均涉及Fe3+與Fe2+的相互轉(zhuǎn)化。本文以此為素材、選取典型例題，分析轉(zhuǎn)化原理，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，提高解決問(wèn)題的能力。

1 PCB的制作——Fe3+被還原為Fe2+

結(jié)合圖2來(lái)說(shuō)明印刷電路板的制作原理。取一塊敷銅板（單面敷有銅箔的樹(shù)脂絕緣板），除去銅片上的油污，洗凈、吹干，用棉簽蘸取少量飽和的FeCl3溶液，在銅片上畫(huà)一個(gè)“+”，放置片刻后，用少量水將銅片上的溶液沖到小燒杯中。在銅片上留下“+”字符號(hào)，發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。實(shí)際制作PCB時(shí)，先用油漆描電子線路，待油漆干后放入濃FeCl3溶液中。約20 min后，用鑷子取出，洗凈、吹干。用適當(dāng)?shù)娜軇┣逑吹粲推?，就得到用銅箔繪制在樹(shù)脂上的電路板。

分析印刷電路板蝕刻原理：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，氧化性Fe3+>Cu2+，還原性Cu>Fe2+；分析“濕法冶金”原理：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，氧化性Cu2+>Fe2+，還原性Fe>Cu。統(tǒng)合起來(lái)的總結(jié)論是：氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+，還原性Fe>Cu>Fe2+；這是高中階段最重要、必須透徹理解且熟練運(yùn)用的氧化還原反應(yīng)規(guī)律之一。

所以“有鐵無(wú)銅”的情況不可能出現(xiàn)。答案B。

值得注意的是，一是鐵是實(shí)現(xiàn)Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)化的最佳試劑，既不引入新雜質(zhì)離子，過(guò)剩部分又容易過(guò)濾除去；二是認(rèn)為“有鐵無(wú)銅”的情況不可能出現(xiàn)的原因是鐵能將溶液中的Cu2+置換出來(lái)，這種認(rèn)識(shí)是與題意不符的，因?yàn)樵阼F剩余情況下，銅根本沒(méi)有機(jī)會(huì)發(fā)生反應(yīng)進(jìn)入溶液。

2 蝕刻溶液的再生——Fe2+被氧化為Fe3+

印刷電路板是由高分子材料和銅箔復(fù)合而成，刻印電路時(shí)，常用過(guò)量的FeCl3溶液作為“蝕刻液”，所以在蝕刻廢液中含有FeCl3、CuCl2和FeCl2；由于電路板的需求量急劇增大，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液已對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，處理廢液，從中回收銅、使蝕刻廢液再生是亟需解決的問(wèn)題。

例2 （2012年12月徐州高三質(zhì)檢試題）在電子工業(yè)中溶解銅的蝕刻液除FeCl3-HCl溶液外，主要還有H2O2-HCl溶液。蝕刻廢液中含有大量的Cu2+，廢液的回收利用不僅減少銅資源的流失，還可使廢液再生蝕刻能力。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）FeCl3溶液腐蝕銅的離子方程式 。

（2）H2O2-HCl型蝕刻液蝕刻過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用化學(xué)方程式可表示為 。

（3）用Fe和Cl2分別作為還原劑和氧化劑對(duì)蝕刻廢液進(jìn)行處理，可回收銅并使蝕刻液再生。請(qǐng)分別寫(xiě)出回收銅和再生蝕刻液過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 （有多少寫(xiě)多少）。

（4）處理H2O2型廢液的方法之一是向廢液中加入NaHCO3，以制備Cu2（OH）2CO3。其反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

解析：本題意在擴(kuò)充介紹H2O2-HCl溶液溶解銅、使蝕刻溶液再生蝕刻能力和銅資源回收的措施之一。

答案：（1）2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

（2）Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O

（3）①Fe+2Fe3+=3Fe2+

②Fe+Cu2+=Fe2++Cu

③Fe+2H+=Fe2++H2↑

④2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

（4）2CuCl2+4NaHCO3=Cu2（OH）2CO3↓+4NaCl+ H2O+3CO2↑

3 混合液（Fe3+、Fe2+和Cu2+）的分離

在制作PCB所得蝕刻廢液中含有FeCl3、CuCl2和FeCl2，上面所談的回收利用是處理方向之一；在中學(xué)階段，對(duì)混合溶液處理的另一方向是調(diào)控溶液的pH、將混合組分加以分離提純。在《化學(xué)反應(yīng)原理》之“難溶性物質(zhì)溶解平衡”中，教材對(duì)此做了如下闡釋：

在無(wú)機(jī)化合物的制備和提純、廢水處理等領(lǐng)域中，常利用生成沉淀來(lái)達(dá)到分離或除去某些離子的目的。例如，除去硫酸銅溶液中混有的少量Fe3+，可向溶液中加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3，調(diào)整溶液的pH至3～4，F(xiàn)e3+會(huì)全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3除去。

雖然Cu（OH）2難溶于水，但Fe（OH）3的溶解度比Cu（OH）2小得多[在25℃時(shí)，Cu（OH）2的溶解度為1.73×10-6 g，而Fe（OH）3的溶解度為3.0×10-9 g]，當(dāng)溶液的pH超過(guò)5時(shí)，Cu2+才開(kāi)始轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2沉淀。因此，我們可以通過(guò)控制溶液的pH，達(dá)到除去Fe3+而讓Cu2+保留在溶液中的目的。

通過(guò)圖4可以看出，F(xiàn)e（OH）3（s）、Cu（OH）2（s）分別在溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡后，改變?nèi)芤簆H，金屬陽(yáng)離子濃度將發(fā)生變化。值得注意的是，由于Fe（OH）2為絮狀、不穩(wěn)定沉淀，不易徹底沉降，為除去廢液中的Fe2+，常先將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為紅褐色的Fe（OH）3沉淀析出。

請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）①銅帽溶解時(shí)加入H2O2的目的是（用化學(xué)方程式表示）。②銅帽溶解完全后，需將溶液中過(guò)量的H2O2除去。除去H2O2的簡(jiǎn)便方法是 。

（2）已知pH>11時(shí)Zn（OH）2能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2+。下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀和沉淀完全時(shí)的pH（開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計(jì)算）。

解析：在[實(shí)驗(yàn)探究]部分，廢液中離子濃度求算：由8.61 g AgCl沉淀，知道10 mL廢液中含0.06 mol Cl-；由0.32 g Fe2O3，知道10 mL廢液中含0.004 mol Fe3+；觀察蝕刻反應(yīng)的化學(xué)方程式，知道廢液中n（Fe2+）是n（Cu2+）二倍，進(jìn)而推求各金屬離子濃度。

在[交流討論]部分，方案中不妥之處有兩點(diǎn)：一是加入鐵粉質(zhì)量，丙同學(xué)忽略了Fe3+離子的存在；二是錯(cuò)用了氧化Fe2+的試劑，我們可以選擇Cl2或30% H2O2溶液。對(duì)丙方案討論是否到位，將直接影響后面問(wèn)題的解決。

在[拓展延伸]中，我們一要注意待處理廢液體積為1 L而非10 mL；二是要繪制的關(guān)系曲線縱橫坐標(biāo)的含義；三是加入的鐵粉與廢液中離子反應(yīng)順序是先Fe3+后Cu2+。

[拓展延伸]繪制的關(guān)系曲線如圖。當(dāng)Cu2+離子的物質(zhì)的量減少一半時(shí)，加入鐵粉的質(zhì)量：w=[（1/2×0.40+0.08×1/2）]×1 L×56 g/mol=13.44 g。

綜上所述，我們分析了實(shí)現(xiàn)Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化多種試劑的差別，對(duì)廢液中銅資源的回收，也介紹了三種不同的選擇方向[Cu、CuCl2（aq）、Cu2（OH）2CO3（s）]；同時(shí)，透過(guò)例題的剖析，也折射出學(xué)生在處理問(wèn)題時(shí)的思維缺陷。相信這對(duì)優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)、提升學(xué)生的解題能力非常有利。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)2 [M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社，2013.

摘要：選擇了一系列以印刷電路板的制作、蝕刻廢液的再生等為素材的典型例題，并進(jìn)行了詳細(xì)的解析，引導(dǎo)學(xué)生深入理解Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化的原理，優(yōu)化思維品質(zhì)，提高解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化；例題解析；思維優(yōu)化；印刷電路板

文章編號(hào)：1005–6629（2014）1–0063–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

印刷電路板（PCB）（如圖1所示）的制作、蝕刻廢液的再生處理過(guò)程均涉及Fe3+與Fe2+的相互轉(zhuǎn)化。本文以此為素材、選取典型例題，分析轉(zhuǎn)化原理，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，提高解決問(wèn)題的能力。

1 PCB的制作——Fe3+被還原為Fe2+

結(jié)合圖2來(lái)說(shuō)明印刷電路板的制作原理。取一塊敷銅板（單面敷有銅箔的樹(shù)脂絕緣板），除去銅片上的油污，洗凈、吹干，用棉簽蘸取少量飽和的FeCl3溶液，在銅片上畫(huà)一個(gè)“+”，放置片刻后，用少量水將銅片上的溶液沖到小燒杯中。在銅片上留下“+”字符號(hào)，發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。實(shí)際制作PCB時(shí)，先用油漆描電子線路，待油漆干后放入濃FeCl3溶液中。約20 min后，用鑷子取出，洗凈、吹干。用適當(dāng)?shù)娜軇┣逑吹粲推?，就得到用銅箔繪制在樹(shù)脂上的電路板。

分析印刷電路板蝕刻原理：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，氧化性Fe3+>Cu2+，還原性Cu>Fe2+；分析“濕法冶金”原理：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，氧化性Cu2+>Fe2+，還原性Fe>Cu。統(tǒng)合起來(lái)的總結(jié)論是：氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+，還原性Fe>Cu>Fe2+；這是高中階段最重要、必須透徹理解且熟練運(yùn)用的氧化還原反應(yīng)規(guī)律之一。

所以“有鐵無(wú)銅”的情況不可能出現(xiàn)。答案B。

值得注意的是，一是鐵是實(shí)現(xiàn)Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)化的最佳試劑，既不引入新雜質(zhì)離子，過(guò)剩部分又容易過(guò)濾除去；二是認(rèn)為“有鐵無(wú)銅”的情況不可能出現(xiàn)的原因是鐵能將溶液中的Cu2+置換出來(lái)，這種認(rèn)識(shí)是與題意不符的，因?yàn)樵阼F剩余情況下，銅根本沒(méi)有機(jī)會(huì)發(fā)生反應(yīng)進(jìn)入溶液。

2 蝕刻溶液的再生——Fe2+被氧化為Fe3+

印刷電路板是由高分子材料和銅箔復(fù)合而成，刻印電路時(shí)，常用過(guò)量的FeCl3溶液作為“蝕刻液”，所以在蝕刻廢液中含有FeCl3、CuCl2和FeCl2；由于電路板的需求量急劇增大，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液已對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，處理廢液，從中回收銅、使蝕刻廢液再生是亟需解決的問(wèn)題。

例2 （2012年12月徐州高三質(zhì)檢試題）在電子工業(yè)中溶解銅的蝕刻液除FeCl3-HCl溶液外，主要還有H2O2-HCl溶液。蝕刻廢液中含有大量的Cu2+，廢液的回收利用不僅減少銅資源的流失，還可使廢液再生蝕刻能力。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）FeCl3溶液腐蝕銅的離子方程式 。

（2）H2O2-HCl型蝕刻液蝕刻過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用化學(xué)方程式可表示為 。

（3）用Fe和Cl2分別作為還原劑和氧化劑對(duì)蝕刻廢液進(jìn)行處理，可回收銅并使蝕刻液再生。請(qǐng)分別寫(xiě)出回收銅和再生蝕刻液過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 （有多少寫(xiě)多少）。

（4）處理H2O2型廢液的方法之一是向廢液中加入NaHCO3，以制備Cu2（OH）2CO3。其反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

解析：本題意在擴(kuò)充介紹H2O2-HCl溶液溶解銅、使蝕刻溶液再生蝕刻能力和銅資源回收的措施之一。

答案：（1）2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

（2）Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O

（3）①Fe+2Fe3+=3Fe2+

②Fe+Cu2+=Fe2++Cu

③Fe+2H+=Fe2++H2↑

④2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

（4）2CuCl2+4NaHCO3=Cu2（OH）2CO3↓+4NaCl+ H2O+3CO2↑

3 混合液（Fe3+、Fe2+和Cu2+）的分離

在制作PCB所得蝕刻廢液中含有FeCl3、CuCl2和FeCl2，上面所談的回收利用是處理方向之一；在中學(xué)階段，對(duì)混合溶液處理的另一方向是調(diào)控溶液的pH、將混合組分加以分離提純。在《化學(xué)反應(yīng)原理》之“難溶性物質(zhì)溶解平衡”中，教材對(duì)此做了如下闡釋：

在無(wú)機(jī)化合物的制備和提純、廢水處理等領(lǐng)域中，常利用生成沉淀來(lái)達(dá)到分離或除去某些離子的目的。例如，除去硫酸銅溶液中混有的少量Fe3+，可向溶液中加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3，調(diào)整溶液的pH至3～4，F(xiàn)e3+會(huì)全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3除去。

雖然Cu（OH）2難溶于水，但Fe（OH）3的溶解度比Cu（OH）2小得多[在25℃時(shí)，Cu（OH）2的溶解度為1.73×10-6 g，而Fe（OH）3的溶解度為3.0×10-9 g]，當(dāng)溶液的pH超過(guò)5時(shí)，Cu2+才開(kāi)始轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2沉淀。因此，我們可以通過(guò)控制溶液的pH，達(dá)到除去Fe3+而讓Cu2+保留在溶液中的目的。

通過(guò)圖4可以看出，F(xiàn)e（OH）3（s）、Cu（OH）2（s）分別在溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡后，改變?nèi)芤簆H，金屬陽(yáng)離子濃度將發(fā)生變化。值得注意的是，由于Fe（OH）2為絮狀、不穩(wěn)定沉淀，不易徹底沉降，為除去廢液中的Fe2+，常先將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為紅褐色的Fe（OH）3沉淀析出。

請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）①銅帽溶解時(shí)加入H2O2的目的是（用化學(xué)方程式表示）。②銅帽溶解完全后，需將溶液中過(guò)量的H2O2除去。除去H2O2的簡(jiǎn)便方法是 。

（2）已知pH>11時(shí)Zn（OH）2能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2+。下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀和沉淀完全時(shí)的pH（開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計(jì)算）。

解析：在[實(shí)驗(yàn)探究]部分，廢液中離子濃度求算：由8.61 g AgCl沉淀，知道10 mL廢液中含0.06 mol Cl-；由0.32 g Fe2O3，知道10 mL廢液中含0.004 mol Fe3+；觀察蝕刻反應(yīng)的化學(xué)方程式，知道廢液中n（Fe2+）是n（Cu2+）二倍，進(jìn)而推求各金屬離子濃度。

在[交流討論]部分，方案中不妥之處有兩點(diǎn)：一是加入鐵粉質(zhì)量，丙同學(xué)忽略了Fe3+離子的存在；二是錯(cuò)用了氧化Fe2+的試劑，我們可以選擇Cl2或30% H2O2溶液。對(duì)丙方案討論是否到位，將直接影響后面問(wèn)題的解決。

在[拓展延伸]中，我們一要注意待處理廢液體積為1 L而非10 mL；二是要繪制的關(guān)系曲線縱橫坐標(biāo)的含義；三是加入的鐵粉與廢液中離子反應(yīng)順序是先Fe3+后Cu2+。

[拓展延伸]繪制的關(guān)系曲線如圖。當(dāng)Cu2+離子的物質(zhì)的量減少一半時(shí)，加入鐵粉的質(zhì)量：w=[（1/2×0.40+0.08×1/2）]×1 L×56 g/mol=13.44 g。

綜上所述，我們分析了實(shí)現(xiàn)Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化多種試劑的差別，對(duì)廢液中銅資源的回收，也介紹了三種不同的選擇方向[Cu、CuCl2（aq）、Cu2（OH）2CO3（s）]；同時(shí)，透過(guò)例題的剖析，也折射出學(xué)生在處理問(wèn)題時(shí)的思維缺陷。相信這對(duì)優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)、提升學(xué)生的解題能力非常有利。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)2 [M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社，2013.

摘要：選擇了一系列以印刷電路板的制作、蝕刻廢液的再生等為素材的典型例題，并進(jìn)行了詳細(xì)的解析，引導(dǎo)學(xué)生深入理解Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化的原理，優(yōu)化思維品質(zhì)，提高解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化；例題解析；思維優(yōu)化；印刷電路板

文章編號(hào)：1005–6629（2014）1–0063–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

印刷電路板（PCB）（如圖1所示）的制作、蝕刻廢液的再生處理過(guò)程均涉及Fe3+與Fe2+的相互轉(zhuǎn)化。本文以此為素材、選取典型例題，分析轉(zhuǎn)化原理，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)，提高解決問(wèn)題的能力。

1 PCB的制作——Fe3+被還原為Fe2+

結(jié)合圖2來(lái)說(shuō)明印刷電路板的制作原理。取一塊敷銅板（單面敷有銅箔的樹(shù)脂絕緣板），除去銅片上的油污，洗凈、吹干，用棉簽蘸取少量飽和的FeCl3溶液，在銅片上畫(huà)一個(gè)“+”，放置片刻后，用少量水將銅片上的溶液沖到小燒杯中。在銅片上留下“+”字符號(hào)，發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。實(shí)際制作PCB時(shí)，先用油漆描電子線路，待油漆干后放入濃FeCl3溶液中。約20 min后，用鑷子取出，洗凈、吹干。用適當(dāng)?shù)娜軇┣逑吹粲推?，就得到用銅箔繪制在樹(shù)脂上的電路板。

分析印刷電路板蝕刻原理：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，氧化性Fe3+>Cu2+，還原性Cu>Fe2+；分析“濕法冶金”原理：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，氧化性Cu2+>Fe2+，還原性Fe>Cu。統(tǒng)合起來(lái)的總結(jié)論是：氧化性Fe3+>Cu2+>Fe2+，還原性Fe>Cu>Fe2+；這是高中階段最重要、必須透徹理解且熟練運(yùn)用的氧化還原反應(yīng)規(guī)律之一。

所以“有鐵無(wú)銅”的情況不可能出現(xiàn)。答案B。

值得注意的是，一是鐵是實(shí)現(xiàn)Fe3+向Fe2+轉(zhuǎn)化的最佳試劑，既不引入新雜質(zhì)離子，過(guò)剩部分又容易過(guò)濾除去；二是認(rèn)為“有鐵無(wú)銅”的情況不可能出現(xiàn)的原因是鐵能將溶液中的Cu2+置換出來(lái)，這種認(rèn)識(shí)是與題意不符的，因?yàn)樵阼F剩余情況下，銅根本沒(méi)有機(jī)會(huì)發(fā)生反應(yīng)進(jìn)入溶液。

2 蝕刻溶液的再生——Fe2+被氧化為Fe3+

印刷電路板是由高分子材料和銅箔復(fù)合而成，刻印電路時(shí)，常用過(guò)量的FeCl3溶液作為“蝕刻液”，所以在蝕刻廢液中含有FeCl3、CuCl2和FeCl2；由于電路板的需求量急劇增大，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液已對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，處理廢液，從中回收銅、使蝕刻廢液再生是亟需解決的問(wèn)題。

例2 （2012年12月徐州高三質(zhì)檢試題）在電子工業(yè)中溶解銅的蝕刻液除FeCl3-HCl溶液外，主要還有H2O2-HCl溶液。蝕刻廢液中含有大量的Cu2+，廢液的回收利用不僅減少銅資源的流失，還可使廢液再生蝕刻能力。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）FeCl3溶液腐蝕銅的離子方程式 。

（2）H2O2-HCl型蝕刻液蝕刻過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)用化學(xué)方程式可表示為 。

（3）用Fe和Cl2分別作為還原劑和氧化劑對(duì)蝕刻廢液進(jìn)行處理，可回收銅并使蝕刻液再生。請(qǐng)分別寫(xiě)出回收銅和再生蝕刻液過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是 （有多少寫(xiě)多少）。

（4）處理H2O2型廢液的方法之一是向廢液中加入NaHCO3，以制備Cu2（OH）2CO3。其反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

解析：本題意在擴(kuò)充介紹H2O2-HCl溶液溶解銅、使蝕刻溶液再生蝕刻能力和銅資源回收的措施之一。

答案：（1）2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

（2）Cu+H2O2+2HCl=CuCl2+2H2O

（3）①Fe+2Fe3+=3Fe2+

②Fe+Cu2+=Fe2++Cu

③Fe+2H+=Fe2++H2↑

④2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-

（4）2CuCl2+4NaHCO3=Cu2（OH）2CO3↓+4NaCl+ H2O+3CO2↑

3 混合液（Fe3+、Fe2+和Cu2+）的分離

在制作PCB所得蝕刻廢液中含有FeCl3、CuCl2和FeCl2，上面所談的回收利用是處理方向之一；在中學(xué)階段，對(duì)混合溶液處理的另一方向是調(diào)控溶液的pH、將混合組分加以分離提純。在《化學(xué)反應(yīng)原理》之“難溶性物質(zhì)溶解平衡”中，教材對(duì)此做了如下闡釋：

在無(wú)機(jī)化合物的制備和提純、廢水處理等領(lǐng)域中，常利用生成沉淀來(lái)達(dá)到分離或除去某些離子的目的。例如，除去硫酸銅溶液中混有的少量Fe3+，可向溶液中加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3，調(diào)整溶液的pH至3～4，F(xiàn)e3+會(huì)全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3除去。

雖然Cu（OH）2難溶于水，但Fe（OH）3的溶解度比Cu（OH）2小得多[在25℃時(shí)，Cu（OH）2的溶解度為1.73×10-6 g，而Fe（OH）3的溶解度為3.0×10-9 g]，當(dāng)溶液的pH超過(guò)5時(shí)，Cu2+才開(kāi)始轉(zhuǎn)化為Cu（OH）2沉淀。因此，我們可以通過(guò)控制溶液的pH，達(dá)到除去Fe3+而讓Cu2+保留在溶液中的目的。

通過(guò)圖4可以看出，F(xiàn)e（OH）3（s）、Cu（OH）2（s）分別在溶液中達(dá)到沉淀溶解平衡后，改變?nèi)芤簆H，金屬陽(yáng)離子濃度將發(fā)生變化。值得注意的是，由于Fe（OH）2為絮狀、不穩(wěn)定沉淀，不易徹底沉降，為除去廢液中的Fe2+，常先將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為紅褐色的Fe（OH）3沉淀析出。

請(qǐng)回答以下問(wèn)題：

（1）①銅帽溶解時(shí)加入H2O2的目的是（用化學(xué)方程式表示）。②銅帽溶解完全后，需將溶液中過(guò)量的H2O2除去。除去H2O2的簡(jiǎn)便方法是 。

（2）已知pH>11時(shí)Zn（OH）2能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2+。下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀和沉淀完全時(shí)的pH（開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L-1計(jì)算）。

解析：在[實(shí)驗(yàn)探究]部分，廢液中離子濃度求算：由8.61 g AgCl沉淀，知道10 mL廢液中含0.06 mol Cl-；由0.32 g Fe2O3，知道10 mL廢液中含0.004 mol Fe3+；觀察蝕刻反應(yīng)的化學(xué)方程式，知道廢液中n（Fe2+）是n（Cu2+）二倍，進(jìn)而推求各金屬離子濃度。

在[交流討論]部分，方案中不妥之處有兩點(diǎn)：一是加入鐵粉質(zhì)量，丙同學(xué)忽略了Fe3+離子的存在；二是錯(cuò)用了氧化Fe2+的試劑，我們可以選擇Cl2或30% H2O2溶液。對(duì)丙方案討論是否到位，將直接影響后面問(wèn)題的解決。

在[拓展延伸]中，我們一要注意待處理廢液體積為1 L而非10 mL；二是要繪制的關(guān)系曲線縱橫坐標(biāo)的含義；三是加入的鐵粉與廢液中離子反應(yīng)順序是先Fe3+后Cu2+。

[拓展延伸]繪制的關(guān)系曲線如圖。當(dāng)Cu2+離子的物質(zhì)的量減少一半時(shí)，加入鐵粉的質(zhì)量：w=[（1/2×0.40+0.08×1/2）]×1 L×56 g/mol=13.44 g。

綜上所述，我們分析了實(shí)現(xiàn)Fe3+與Fe2+相互轉(zhuǎn)化多種試劑的差別，對(duì)廢液中銅資源的回收，也介紹了三種不同的選擇方向[Cu、CuCl2（aq）、Cu2（OH）2CO3（s）]；同時(shí)，透過(guò)例題的剖析，也折射出學(xué)生在處理問(wèn)題時(shí)的思維缺陷。相信這對(duì)優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)、提升學(xué)生的解題能力非常有利。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)2 [M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇教育出版社，2013.