工業(yè)上可用過氧化氫為氧化劑浸取廢舊線路板中的銅,某興趣小組采取不同方案進行實驗并研究可行性。
方案1
實驗裝置 |
加入液體試劑 |
反應(yīng)現(xiàn)象 |
|
10mL30%H2O2溶液(pH約為4) |
開始無明顯現(xiàn)象,靜置10小時后,溶液變?yōu)闇\藍色,銅片上有少量藍色沉淀,之后不再有明顯變化 |
(1)實驗結(jié)果表明,雙氧水與銅可以緩慢的反應(yīng),其電極反應(yīng)式可表示為
ⅰ.還原反應(yīng)H
2O
2+2H
++2e
-═2H
2O。
ⅱ.氧化反應(yīng)
Cu-2e-=Cu2+
Cu-2e-=Cu2+
。
(2)根據(jù)電極反應(yīng)式,有同學(xué)設(shè)想可以通過以下方式加快反應(yīng)。
?。龃骳(H
+),增強H
2O
2的氧化性。
ⅱ.降低
c(Cu2+)
c(Cu2+)
,增強Cu的還原性。
(3)以此為依據(jù)設(shè)計了方案2與方案3
編號 |
加入液體試劑 |
反應(yīng)現(xiàn)象 |
方案2 |
10mL30%H2O2溶液和2mL5mol/LH2SO4溶液 |
開始產(chǎn)生少量氣泡,溶液變?yōu)樗{色,片刻后,反應(yīng)越來越劇烈,甚至形成大量泡沫涌出(經(jīng)檢測,生成氣體可使帶火星木條復(fù)燃),反應(yīng)后剩余銅片表面光亮 |
方案3 |
10mL30%H2O2溶液和2mL5mol/L氨水 |
生成較多氣泡,溶液變?yōu)樯钏{色。一段時間后,反應(yīng)逐漸變慢,此時銅片上覆蓋少量藍色沉淀物。 |
方案2與方案3均在一定程度上加快了反應(yīng)。
①方案2中,生成氣體明顯更劇烈的原因是
生成的Cu2+作為催化劑,加快了H2O2分解速率
生成的Cu2+作為催化劑,加快了H2O2分解速率
。
②方案3中發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為
Cu+H2O2+4NH3?H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
Cu+H2O2+4NH3?H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
。
③試評價方案2在回收銅過程的優(yōu)缺點
優(yōu)點是:產(chǎn)物單一,污染小,缺點是:H2O2大量分解,成本高
優(yōu)點是:產(chǎn)物單一,污染小,缺點是:H2O2大量分解,成本高
。
(4)方案3中生成沉淀會降低銅的回收率并會阻礙反應(yīng)進行,進一步改進方案獲得了良好效果。
編號 |
加入液體試劑 |
反應(yīng)現(xiàn)象 |
方案4 |
10mL30%H2O2溶液、2mL5mol/L氨水同時加入少量固體NH4Cl |
生成較多氣泡,溶液變?yōu)樯钏{色。反應(yīng)后銅片變薄且表面光亮。 |
試分析NH
4Cl的作用
發(fā)生反應(yīng)
+OH
-?NH
3?H
2O,降低c(OH
-),避免生成Cu(OH)
2發(fā)生反應(yīng)
+OH
-?NH
3?H
2O,降低c(OH
-),避免生成Cu(OH)
2。
(5)小組同學(xué)通過進一步探究發(fā)現(xiàn),含有[Cu(NH
3)
4]
2+和氨水的混合溶液能繼續(xù)浸取單質(zhì)銅。資料:Cu
+在水溶液中不穩(wěn)定,Cu(Ⅰ)在溶液中能以[Cu(NH
3)
2]
+等形式穩(wěn)定存在。
①用離子方程式表示上述反應(yīng)原理
[Cu(NH3)4]2++Cu=2[Cu(NH3)2]+
[Cu(NH3)4]2++Cu=2[Cu(NH3)2]+
。
②通常條件下,含Cu
2+的溶液不能與Cu發(fā)生反應(yīng),請從氧化還原角度分析此反應(yīng)能夠發(fā)生的原因
加入氨水后,Cu+的因為生成配位化合物濃度變小,使Cu的還原能力增強,因此增大了氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的趨勢
加入氨水后,Cu+的因為生成配位化合物濃度變小,使Cu的還原能力增強,因此增大了氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的趨勢
。