Question

東晉葛洪所著《抱樸子》中記載有“以曾青涂鐵，鐵赤色如銅”。“曾青”即硫酸銅。這是人類有關(guān)金屬置換反應(yīng)的最早的明確記載。鐵置換銅的反應(yīng)節(jié)能、無污染，但因所得的鍍層疏松、不堅(jiān)固，通常只用于銅的回收，不用作鐵器鍍銅。能否把鐵置換銅的反應(yīng)開發(fā)成鍍銅工藝呢？

      從化學(xué)手冊(cè)上查到如下數(shù)據(jù)：

電極電勢(shì)：

Fe²⁺+2e == Fe  f^y == 0.440V；Fe³⁺+e == Fe²⁺  f^y == 0.771V；

Cu²⁺+2e == Cu  f^y == 0.342V；  Cu²⁺+e == Cu⁺  f^y == 0.160V

平衡常數(shù)：  K_w^y  = 1.0´10^-14；         K_sp^y (CuOH)=1.0´10^-14；

             K_sp^y [Cu(OH)₂]=2.6´10^-19； K_sp^y [Fe(OH)₂]=8.0´10^-16；

             K_sp^y [Fe(OH)₃]=4.0´10^-38；

回答如下問題：

1. 造成鍍層疏松的原因之一可能是夾雜固體雜質(zhì)。為證實(shí)這一設(shè)想，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：向硫酸銅溶液加入表面光潔的純鐵塊。請(qǐng)寫出四種可能被夾雜的固體雜質(zhì)的生成反應(yīng)方程式（不必寫反應(yīng)條件）。

2. 設(shè)鍍層夾雜物為CuOH（固），實(shí)驗(yàn)鍍槽的pH=4，CuSO4的濃度為0.040mol/L，溫度為298K，請(qǐng)通過電化學(xué)計(jì)算說明在該實(shí)驗(yàn)條件下CuOH能否生成。

3. 提出三種以上抑制副反應(yīng)發(fā)生的（化學(xué)的）技術(shù)途徑，不必考慮實(shí)施細(xì)節(jié)，說明理由。

Answer 1

 1. 共8分（每個(gè)方程式1分，雜質(zhì)1分）

     ①CuO或Cu(OH)2       Cu2++2H2O == Cu(OH)2↓+2H+

     ②Cu2O或CuOH         Cu++H2O == CuOH↓+H+

     ③FeO或Fe(OH)2        Fe2++2 H2O == Fe(OH)2↓+2H+

     ④Fe2O3或Fe(OH)3      2Fe(OH)2+O2+H2O == 2Fe(OH)3↓

       ?寫出Cu²⁺與Fe得到Cu⁺等等反應(yīng)者，只要正確，不扣分。

       ?方程式未配平或配平錯(cuò)誤均不得分。

   2.  共8分

 ①Cu²⁺+Cu+2H₂O==2CuOH↓+2H⁺               （2分）

 ②CuOH+H⁺+e==Cu+H₂O      j_-=0.287V        （2分）

    Cu²⁺+H₂O+e==CuOH+H⁺    j₊=0.314V        （2分）

    E = 0.027V > 0   正方向自發(fā)                 （2分）

     或  （6分）

   3. 共6分，每小題2分

     ①緩沖劑，控制酸度，抑制放H2，水解，沉淀等。    （2分）

     ②配合劑，降低[Cu2+]（即電位下降），阻止與新生態(tài)Cu反應(yīng)。 （2分）

     ③抗氧劑，抑制氧化反應(yīng)。                                （2分）

     ④穩(wěn)定劑，防止累積的Fe2+對(duì)銅的沉積產(chǎn)生不良影響和減緩Fe2+氧化為Fe3+。        （2分）