Question

一化學研究性學習小組對某工廠生產印刷電路板后所得廢液進行探究（生產原理：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺）．請按要求完成下列探究報告．
[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有關金屬離子從開始沉淀到沉淀完全時溶液的pH：
Fe³⁺：2.7～3.7Cu²⁺：5.2～6.4Fe²⁺：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．
[實驗探究]
取幾滴廢液于試管中加水稀釋后，滴加KSCN溶液出現血紅色，可知廢液中除含有Fe²⁺、Cu²⁺外，還含有Fe³⁺．
甲同學取10mL廢液，向其中加入足量的AgNO₃溶液，得到的沉淀經過濾、洗滌、干燥，稱重8.61g．乙同學另取10mL廢液，加入某試劑將pH調至4.0，使其中Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，而Fe²⁺、Cu²⁺仍留在廢液中，沉淀經過濾、洗滌、灼燒，冷卻后稱重得0.32g．
通過計算可知廢液中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？
丙同學認為應該先向廢液中加入wg鐵粉[w=c（Cu²⁺）×1L×56g/mol]，使之充分反應置換出銅，過濾，得金屬銅．再向濾液中加入適量的稀硝酸，將Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，并進行尾氣處理，即可達實驗目的．有些同學認為丙同學的方案不可行，請你評價丙同學的方案有哪些不妥之處？（不一定填滿）
（1）______（2）______（3）______
該小組同學根據討論得到的合理方案進行操作，最終達到了預期目的．（方案內容略）
[拓展延伸]
請畫出1L廢液中加入鐵粉的物質的量與廢液中銅離子的物質的量的關系曲線，并利用圖象計算，當銅離子的物質的量減少一半時，加入鐵粉的質量是______g．

Answer 1

[實驗探究]甲同學實驗操作的到的8.61g沉淀為氯化銀，物質的量是0.06mol，則Cl^-物質的量為0.06mol，乙同學pH調至4.0時，只有Fe³⁺沉淀而且沉淀完全，沉淀為氫氧化鐵，灼燒得到0.32gFe₂O₃，物質的量為0.002mol，根據元素守恒可知Fe³⁺的物質的量為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]：根據上面計算可知，c（Fe³⁺）=0.4 mol?L^-1，c（Cu²⁺）=0.8 mol?L^-1，進入wg鐵粉，鐵粉質量不足，溶液中有殘留的銅離子；使用硝酸做氧化劑，反應后引進了雜質硝酸根離子，
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NO₃^-；
[拓展延伸]：上述1L廢液含有n（Fe³⁺）=0.4mol，n（Cu²⁺）=0．，8mol，鐵先發生Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺ 后發生Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu，0.4molFe³⁺消耗0.2molFe，此時n（Cu²⁺）=0.8mol，得到坐標（0.2，0.8），然后Cu²⁺+Fe=Fe²⁺+Cu反應，消耗鐵的物質的量與Cu²⁺減少的物質的量相等，可得到如下幾個坐標（0.4，0.6）、（0.6，0.4）（0.8，0.2）、（1.0，0），根據以上關系可以畫出1L廢液中加入鐵粉的物質的量與廢液中銅離子的物質的量的關系曲線：
；
當銅離子物質的量變為0.4mol時，加入鐵的物質的量為0.6mol，質量為0.6mol×56g/mol=33.6g，
故答案為：；33.6．