东晋葛洪所著《抱朴子》中记载有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。“曾青”即硫酸铜。这是人类有关金属置换反应的最早的明确记载。铁置换铜的反应节能、无污染，但因所得的镀层

Question

东晋葛洪所著《抱朴子》中记载有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”。“曾青”即硫酸铜。这是人类有关金属置换反应的最早的明确记载。铁置换铜的反应节能、无污染，但因所得的镀层疏松、不坚固，通常只用于铜的回收，不用作铁器镀铜。能否把铁置换铜的反应开发成镀铜工艺呢？

      从化学手册上查到如下数据：

电极电势：

Fe ²⁺ +2e == Fe  f ^y == 0.440V；Fe ³⁺ +e == Fe ²⁺  f ^y == 0.771V；

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

平衡常数：  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 ；

回答如下问题：

1. 造成镀层疏松的原因之一可能是夹杂固体杂质。为证实这一设想，设计了如下实验：向硫酸铜溶液加入表面光洁的纯铁块。请写出四种可能被夹杂的固体杂质的生成反应方程式（不必写反应条件）。

2. 设镀层夹杂物为CuOH（固），实验镀槽的pH=4，CuSO4的浓度为0.040mol/L，温度为298K，请通过电化学计算说明在该实验条件下CuOH能否生成。

3. 提出三种以上抑制副反应发生的（化学的）技术途径，不必考虑实施细节，说明理由。

Answer 1

 1. 共8分（每个方程式1分，杂质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↓       ?写出Cu2+与Fe得到Cu+等等反应者，只要正确，不扣分。       ?方程式未配平或配平错误均不得分。   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   正方向自发                 （2分）     或  （6分）   3. 共6分，每小题2分     ①缓冲剂，控制酸度，抑制放H2，水解，沉淀等。    （2分）     ②配合剂，降低[Cu2+]（即电位下降），阻止与新生态Cu反应。 （2分）     ③抗氧剂，抑制氧化反应。                                （2分）     ④稳定剂，防止累积的Fe2+对铜的沉积产生不良影响和减缓Fe2+氧化为Fe3+。        （2分）