Question

6．NiSO₄•6H₂O是一種綠色易溶于水的晶體，廣泛用于化學鍍鎳、生產電池等．可以電鍍廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等雜質）為原料獲得．工藝流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）用稀硫酸溶解廢渣時，為了提高浸取率可采取的措施有加熱或攪拌或增大硫酸濃度等（任寫一點）．
（2）向濾液中滴入適量的Na₂S溶液，目的是除去Cu²⁺、Zn²⁺，寫出除去Cu²⁺的離子方程式：Cu²⁺+S^2-═CuS↓．
（3）在40℃左右，用6%的H₂O₂氧化Fe²⁺，再在95℃時加入NaOH調節pH，除去鐵和鉻．此外，還常用NaClO₃作氧化劑，在較小的pH條件下水解，最終生成一種淺黃色的黃鐵礬鈉[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀除去．如圖2是溫度pH與生成的沉淀關系圖，圖中陰影部分是黃鐵礬穩定存在的區域[已知25℃時，Fe（OH）₃的K_sp=2.64×10^-39]．下列說法正確的是cd（選填序號）．
a．FeOOH中鐵為+2價
b．若在25℃時，用H₂O₂氧化Fe²⁺，再在pH=4時除去鐵，此時溶液中c（Fe³⁺）=2.64×10^-29 mol/L
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺的離子方程式為6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O
d．工業生產中常保持在85～95℃生成黃鐵礬鈉，此時水體的pH為1.2～1.8
（4）上述流程中濾液Ⅲ的主要成分是NiSO₄．
（5）確定步驟四中Na₂CO₃溶液足量，碳酸鎳已完全沉淀的簡單實驗方法是上層清液呈無色．
（6）操作Ⅰ的實驗步驟依次為（實驗中可選用的試劑：6mol•L^-1的H₂SO₄溶液、蒸餾水、pH試紙）：
①過濾，并用蒸餾水洗凈沉淀；
②向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
③蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾得NiSO₄•6H₂O晶體；
④用少量乙醇洗滌NiSO₄•6H₂O晶體并晾干．

Answer 1

分析 廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物雜質），在硫酸溶解調節pH后過濾后除去鐵離子，濾液含有二價鐵離子、三價鉻離子、銅離子、鋅離子等雜質，濾液I中加入硫化鈉形成CuS、ZnS沉淀，可除去銅離子、鋅離子，過濾，濾液II中加H₂O₂是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調節pH使三價鐵和三價鉻都以氫氧化物的沉淀而除去，濾液Ⅲ含有可溶性硫酸鹽，主要是NiSO₄，還有Na₂SO₄，再加碳酸鈉沉淀二價鎳，過濾、洗滌，然后與硫酸反應生成NiSO₄晶體；
（1）攪拌固體和液體的混合物，升高溫度、增大濃度等，可加快反應速率；
（2）加Na₂S，易生成CuS沉淀；
（3）a．根據化合價的代數和為零分析；
b．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，根據Ksp計算鐵離子的濃度；
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺生成鐵離子和氯離子；
d．根據圖象判斷生成黃鐵礬鈉的條件；
（4）根據流程分析判斷；
（5）含有Ni²⁺的溶液顯綠色；
（6）向含有NiSO₄溶液中加碳酸鈉，得到NiCO₃沉淀，過濾、洗滌，向沉淀中加硫酸溶解，得到NiSO₄溶液，再經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得NiSO₄•6H₂O晶體．

解答 解：廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物雜質），在硫酸溶解調節pH后過濾后除去鐵離子，濾液含有二價鐵離子、三價鉻離子、銅離子、鋅離子等雜質，濾液I中加入硫化鈉形成CuS、ZnS沉淀，可除去銅離子、鋅離子，過濾，濾液II中加H₂O₂是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調節pH使三價鐵和三價鉻都以氫氧化物的沉淀而除去，濾液Ⅲ含有可溶性硫酸鹽，主要是NiSO₄，還有Na₂SO₄，再加碳酸鈉沉淀二價鎳，過濾、洗滌，然后與硫酸反應生成NiSO₄晶體；
（1）攪拌固體和液體的混合物，升高溫度、增大濃度等，可加快反應速率，所以為了提高浸取率可采取的措施有加熱或攪拌或增大硫酸濃度等；
故答案為：加熱或攪拌或增大硫酸濃度等；
（2）加Na₂S，易生成CuS沉淀，其反應的離子方程式為：Cu²⁺+S^2-═CuS↓；
故答案為：Cu²⁺+S^2-═CuS↓；
（3）a．FeOOH中O為-2價，H為+1價，則鐵為+3價，故a錯誤；
b．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），則c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$=2.64×10^-9 mol/L，故b錯誤；
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺生成鐵離子和氯離子，其反應的離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故c正確；
d．由圖象判斷可知生成黃鐵礬鈉的條件為：溫度為85～95℃，水體的pH為1.2～1.8，故d正確；
故答案為：cd；
（4）由流程分析可知濾液Ⅲ的主要成分是NiSO₄；
故答案為：NiSO₄；
（5）含有Ni²⁺的溶液顯綠色，當溶液由綠色變為無色，說明鎳離子已經完全沉淀；
故答案為：上層清液呈無色；
（6）向含有NiSO₄溶液中加碳酸鈉，得到NiCO₃沉淀，過濾、洗滌，向沉淀中加硫酸溶解，得到NiSO₄溶液，再經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作得NiSO₄•6H₂O晶體，則從溶液中提取硫酸鎳的步驟為：
①過濾，并用蒸餾水洗凈沉淀；
②向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
③蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾得NiSO₄•6H₂O晶體；
④用少量乙醇洗滌NiSO₄•6H₂O晶體并晾干．
故答案為：過濾，并用蒸餾水洗凈沉淀；向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解．

點評 本題考查物質的分離提純的實驗方案的設計，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，題目難度較大，明確實驗的目的和原理是解答該題的關鍵，注意把握基本實驗操作．