印刷電路板廢液主要含CuCl2、FeCl2以及少量的FeCl3等物質(zhì),以廢液為原料制備CuSO4,實(shí)現(xiàn)資源回收再利用,流程如圖所示。
(1)粗CuSO4溶液的制備:
①上述流程中能加快反應(yīng)速率的措施有 粉碎、升溫粉碎、升溫。
②加入鐵屑后,印刷電路板廢液中發(fā)生的離子反應(yīng)有 2Fe3++Fe=3Fe2+,Cu2++Fe=Fe2++Cu2Fe3++Fe=3Fe2+,Cu2++Fe=Fe2++Cu。
(2)CuSO4溶液的精制
?。?jīng)檢驗(yàn),粗CuSO4溶液含有Fe2+。
ⅱ.向粗CuSO4溶液滴加3%的H2O2溶液,當(dāng)溶液中Fe2+完全氧化后,加CuCO3粉末調(diào)節(jié)溶液的pH=4。
ⅲ.將溶液加熱至沸,趁熱減壓過(guò)濾,得到精制CuSO4溶液。
①用離子方程式說(shuō)明加入H2O2溶液的作用:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。
②已知:25℃時(shí),Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10-20,CuSO4飽和溶液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為1.41mol?L-1。ⅱ中調(diào)節(jié)溶液pH=4,請(qǐng)結(jié)合計(jì)算說(shuō)明此時(shí)Cu2+是否開始沉淀 pH=4時(shí)此時(shí)c(OH-)=10-10mol/L,則Q[Cu(OH)2]=c(Cu2+)?c2(OH-)=1.41×(10-10)2+=1.41×10-20<2.2×10-20=Ksp[Cu(OH)2],所以說(shuō)明Cu2+尚未開始沉淀pH=4時(shí)此時(shí)c(OH-)=10-10mol/L,則Q[Cu(OH)2]=c(Cu2+)?c2(OH-)=1.41×(10-10)2+=1.41×10-20<2.2×10-20=Ksp[Cu(OH)2],所以說(shuō)明Cu2+尚未開始沉淀。
(3)工業(yè)生產(chǎn)中也可采用電解的方法由Cu制得CuSO4,如圖所示:
①與直流電源a端相連的電極材料是 銅片銅片(填“銅片”a或“石墨”)。
②將進(jìn)口處較濃硫酸替換成Na2SO4溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)得到的CuSO4溶液pH比替換前升高,結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)解釋pH升高的原因是 替換為Na2SO4后,陰極區(qū)發(fā)生反應(yīng)2H++2e-=H2↑,陰極區(qū)c(OH-)>c(H+),OH-也可以通過(guò)陰離子交換膜運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極區(qū),導(dǎo)致CuSO4溶液pH升高替換為Na2SO4后,陰極區(qū)發(fā)生反應(yīng)2H++2e-=H2↑,陰極區(qū)c(OH-)>c(H+),OH-也可以通過(guò)陰離子交換膜運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極區(qū),導(dǎo)致CuSO4溶液pH升高。
【考點(diǎn)】物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用;電解原理.
【答案】粉碎、升溫;2Fe3++Fe=3Fe2+,Cu2++Fe=Fe2++Cu;2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;pH=4時(shí)此時(shí)c(OH-)=10-10mol/L,則Q[Cu(OH)2]=c(Cu2+)?c2(OH-)=1.41×(10-10)2+=1.41×10-20<2.2×10-20=Ksp[Cu(OH)2],所以說(shuō)明Cu2+尚未開始沉淀;銅片;替換為Na2SO4后,陰極區(qū)發(fā)生反應(yīng)2H++2e-=H2↑,陰極區(qū)c(OH-)>c(H+),OH-也可以通過(guò)陰離子交換膜運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極區(qū),導(dǎo)致CuSO4溶液pH升高
【解答】
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