Question

16．鎳及其化合物用途廣泛．某礦渣的主要成分是NiFe₂O₄（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO₂等，如圖1是從該礦渣中回收NiSO₄的工藝路線：

已知：（NH₄）₂SO₄在350℃以上會分解生成NH₃和H₂SO₄．NiFe₂O₄在焙燒過程中生成NiSO₄、Fe₂（SO₄）₃．錫（Sn）位于第五周期第ⅣA族．
（1）焙燒前將礦渣與（NH₄）₂SO₄混合研磨，混合研磨的目的是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分．
（2）“浸泡”過程中Fe₂（SO₄）₃生成FeO（OH）的離子方程式為Fe³⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO（OH）↓+3H⁺，“浸渣”的成分除Fe₂O₃、FeO（OH）外還含有SiO₂、CaSO₄（填化學(xué)式）．
（3）為保證產(chǎn)品純度，要檢測“浸出液”的總鐵量：取一定體積的浸出液，用鹽酸酸化后，加入SnCl₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，所需SnCl₂的物質(zhì)的量不少于Fe³⁺物質(zhì)的量的0.5倍；除去過量的SnCl₂后，再用酸性K₂Cr₂O₇標(biāo)準溶液滴定溶液中的Fe²⁺，還原產(chǎn)物為Cr³⁺，滴定時反應(yīng)的離子方程式為Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
（4）“浸出液”中c（Ca²⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，當(dāng)除鈣率達到99%時，溶液中c（F^-）=2.0×10^-3 mol•L^-1．[已知K_sp （CaF₂）=4.0×10^-11]
（5）本工藝中，萃取劑與溶液的體積比（V₀/V_A）對溶液中Ni²⁺、Fe²⁺的萃取率影響如圖2所示，V₀/V_A的最佳取值是0.25．

Answer 1

分析 某礦渣的主要成分是NiFe₂O₄（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO₂等，加入硫酸銨研磨后，600°C焙燒，已知：（NH₄）₂SO₄在350℃以上會分解生成NH₃和H₂SO₄．NiFe₂O₄在焙燒過程中生成NiSO₄、Fe₂（SO₄）₃，在90°C的熱水中浸泡過濾得到浸出液，加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液加入萃取劑得到無機相和有機相，無機相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機相循環(huán)使用，
（1）混合研磨增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；
（2）“浸泡”過程中Fe₂（SO₄）₃生成FeO（OH）的反應(yīng)為水解反應(yīng)，礦渣的主要成分是NiFe₂O₄（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO₂等，加入硫酸銨加熱浸取后的浸渣為不反應(yīng)和不溶于水的硫酸鈣和二氧化硅；
（3）用鹽酸酸化后，加入SnCl₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，依據(jù)氧化還原反應(yīng)定量關(guān)系計算得到SnCl₂的物質(zhì)的量不少于Fe³⁺物質(zhì)的量的倍數(shù)，用酸性K₂Cr₂O₇標(biāo)準溶液滴定溶液中的Fe²⁺，還原產(chǎn)物為Cr³⁺，亞鐵離子被也會為鐵離子；
（4）浸出液”中c（Ca²⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，當(dāng)除鈣率達到99%時，剩余鈣離子1%×1.0×10^-3mol•L^-1=1×10^-5mol/L，結(jié)合溶度積常數(shù)計算得到溶液中c（F^-）；
（5）本工藝中，萃取劑與溶液的體積比（V₀/V_A）對溶液中Ni²⁺、Fe²⁺的萃取率影響如圖2所示，最佳取值是亞鐵離子能被萃取，鎳離子不被萃取，據(jù)此選擇．

解答 解：（1）焙燒前將礦渣與（NH₄）₂SO₄混合研磨，混合研磨的目的是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分，
故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分；
（2））“浸泡”過程中Fe₂（SO₄）₃生成FeO（OH）的離子方程式為：Fe³⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO（OH）↓+3H⁺，浸渣”的成分除Fe₂O₃、FeO（OH）外還含有 SiO₂、CaSO₄，
故答案為：Fe³⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO（OH）↓+3H⁺；  SiO₂、CaSO₄；
（3）為保證產(chǎn)品純度，要檢測“浸出液”的總鐵量：取一定體積的浸出液，用鹽酸酸化后，加入SnCl₂將Fe³⁺還原為Fe²⁺，反應(yīng)為：2Fe³⁺+Sn²⁺=Sn⁴⁺+2Fe²⁺，所需SnCl₂的物質(zhì)的量不少于Fe³⁺物質(zhì)的量的一半，為0.5倍，用酸性K₂Cr₂O₇標(biāo)準溶液滴定溶液中的Fe²⁺，還原產(chǎn)物為Cr³⁺，滴定時反應(yīng)的離子方程式為：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
故答案為：0.5；  Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O；
（4）浸出液”中c（Ca²⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，當(dāng)除鈣率達到99%時，剩余鈣離子1%×1.0×10^-3mol•L^-1=1×10^-5mol/L，溶液中c（F^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（C{a}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{4.0×1{0}^{-11}}{1×1{0}^{-5}}}$≈2×10^-3mol/L，
故答案為：2.0×10^-3；
（5）本工藝中，萃取劑與溶液的體積比（V₀/V_A）對溶液中Ni²⁺、Fe²⁺的萃取率影響如圖2所示，最佳取值是亞鐵離子能被萃取，鎳離子不被萃取，V₀/V_A的最佳取值是0.25，
故答案為：0.25．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純、物質(zhì)制備、離子方程式書寫、溶度積常數(shù)計算等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．