Question

7．某NiO的廢料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等雜質，用此廢料提取NiSO₄和Ni的流程如下：

已知：有關金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如圖1：
（1）濾渣1的主要成分為SiO₂．
（2）電解脫銅：金屬銅在陰極析出．
（3）①用離子方程式解釋加入H₂O₂的作用2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
②加Na₂CO₃調節(jié)溶液的pH至5，則濾渣2的主要成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）從濾液2中獲得NiSO₄．6H₂O的實驗操作是加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）電解濃縮后的濾液2可獲得金屬鎳，其基本反應原理示意圖2如下：
①A極的電極反應式為Ni²⁺+2e^-═Ni和2H⁺+2e^-=H₂↑．
②B極附近pH會減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）；用平衡移動原理解釋B極附近pH變化的原因：H₂O?H⁺+OH^-，OH^-在B極放電使c（OH^-）降低，平衡向右移動，c（H⁺）增大，導致pH降低．
③若一段時間后，在A、B兩極均收集到11.2L氣體（標準狀況下），理論上能得到Ni29.35 g．

Answer 1

分析 某NiO的廢料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等雜質，加入稀硫酸溶解后過濾得到濾渣1為SiO2，濾液為NiSO₄、FeSO₄、CuSO₄、Al₂（SO₄）₃，、MgSO₄，浸出液通過電解銅離子得到電子析出銅，溶液中脫銅后的溶液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，再加入碳酸鈉溶液調節(jié)溶液PH，使鐵離子，鋁離子全部沉淀，過濾得到濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，濾液1中加入NH₄F沉淀Mg²⁺，生成沉淀濾渣3為MgF₂，過濾得到的濾液2，濾液2中獲得NiSO₄．6H₂O晶體的方法是通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥得到晶體，電解濃縮后的濾液2可獲得金屬鎳；
（1）上述分析可知，濾渣1為二氧化硅；
（2）電解脫銅，銅離子在陰極上得到電子發(fā)生還原反應，析出銅；
（3）①加入H₂O₂的作用是在酸性溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子；
②分析金屬離子完全沉淀的溶液PH，加Na₂CO₃調節(jié)溶液的pH至5，使鐵離子，鋁離子全部沉淀，過濾得到濾渣2；
（4）溶液中得到溶質晶體的方法是依據溶質溶解度隨溫度變化，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥得到結晶水合物；
（5）①依據電解池原理分析，電解質溶液中陽離子移向的電極A為電解池的陰極，溶液中鎳離子、氫離子得到電子發(fā)生還原反應生成鎳和氫氣，陰離子硫酸根移向的電極B為陽極，溶液中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應；
②陰離子硫酸根移向的電極B為陽極，溶液中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應，電極附近的水電離平衡被破壞，氫離子濃度增大；
③依據電極反應和電子守恒計算得到鎳的質量．

解答 解：廢料提取NiSO₄和Ni的流程為：某NiO的廢料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等雜質，加入稀硫酸溶解后過濾得到濾渣1為SiO2，濾液為NiSO₄、FeSO₄、CuSO₄、Al₂（SO₄）₃，、MgSO₄，浸出液通過電解銅離子得到電子析出銅，溶液中脫銅后的溶液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子，再加入碳酸鈉溶液調節(jié)溶液PH，使鐵離子，鋁離子全部沉淀，過濾得到濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀，濾液1中加入NH₄F沉淀Mg²⁺，生成沉淀濾渣3為MgF₂，過濾得到的濾液2，濾液2中獲得NiSO₄．6H₂O晶體的方法是通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥得到晶體，電解濃縮后的濾液2可獲得金屬鎳；
（1）上述分析可知，濾渣1主要成分為二氧化硅，故答案為：二氧化硅；
（2）電解脫銅，銅離子移向陰極，在陰極上得到電子發(fā)生還原反應，析出銅，Cu²⁺+2e^-=Cu，故答案為：陰；
（3）①加入H₂O₂的作用是在酸性溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子，調節(jié)溶液PH易于沉淀，過氧化氫發(fā)生反應的離子方程式為：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2H⁺+H₂O₂+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②由圖1，金屬離子完全沉淀的溶液PH，加Na₂CO₃調節(jié)溶液的pH至5，此時溶液中鐵離子，鋁離子全部沉淀，所以過濾得到濾渣2中主要成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）溶液中得到溶質晶體的方法是依據溶質溶解度隨溫度變化，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，干燥得到結晶水合物，從濾液2中獲得NiSO₄．6H₂O的實驗操作是加熱濃縮、冷卻結晶，過濾、洗滌、干燥，
故答案為：加熱濃縮、冷卻結晶；
（5）①由圖2可知，電解質溶液中陽離子移向的電極A為電解池的陰極，溶液中鎳離子、氫離子得到電子發(fā)生還原反應生成鎳和氫氣，電極反應為：Ni²⁺+2e^-═Ni和2H⁺+2e^-=H₂↑；
故答案為：Ni²⁺+2e^-═Ni；
②陰離子硫酸根移向的電極B為陽極，溶液中氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應，電極附近的水電離平衡被破壞，H₂O?H⁺+OH^-，OH^-在B極放電使c（OH^-）降低，平衡向右移動，c（H⁺）增大，導致溶液PH減�。�
故答案為：減��；H₂O?H⁺+OH^-，OH^-在B極放電使c（OH^-）降低，平衡向右移動，c（H⁺）增大，導致pH降低；
③依據電極反應和電子守恒計算得到鎳的質量；
（3）一段時間后在A、B兩極均收集到11.2L氣體（標準狀況下），氣體物質的量=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，
陽極電極反應：Ni²⁺+2e^-═Ni
                 1mol  0.5mol
             2H⁺+2e^-=H₂↑；
               1mol  0.5mol
陰極電極反應為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
                  2mol     0.5mol
生成Ni物質的量為0.5mol，質量=0.5mol×58.7/mol=29.35g，
故答案為：29.35．

點評 本題考查了物質分離和制備流程的分析判斷，主要是實驗基本操作和電解池原理的分析應用，物質性質和電極反應書寫、電子守恒的計算應用是解題關鍵，題目難度中等．