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

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 ， CuSO 4 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）

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

     ② Cu 2 O 或 CuOH          Cu + +H 2 O = = CuOH ↓ +H +

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

      ④ Fe 2 O 3 或 Fe(OH) 3       2Fe(OH) 2 + O 2 +H 2 O = = 2Fe(OH) 3 ↓

       ・写出 Cu ²⁺ 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

  ① Cu ²⁺ +Cu+2H ₂ O==2CuOH ↓ +2H ⁺                （ 2 分）

  ② CuOH+H ⁺ +e==Cu+H ₂ O       j _- =0.287V         （ 2 分）

    Cu ²⁺ +H ₂ O+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 H 2 ，水解，沉淀等。      （ 2 分）

     ②配合剂，降低 [Cu 2+ ] （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 Fe 2+ 对铜的沉积产生不良影响和减缓 Fe 2+ 氧化为 Fe 3+ 。         （ 2 分）