Question

15．NiSO₄•6H₂O是一種綠色易溶于水的晶體．某工廠利用富含鎳（Ni）的電鍍廢渣（含有Cu、Zn、Fe、Cr等雜質(zhì)）制備NiSO₄•6H₂O．其生產(chǎn)流程如圖所示：

①用稀硫酸溶液溶解廢渣，保持pH約1.5，攪拌30min，過濾．
②向?yàn)V液中滴入適量的Na₂S，除去Cu²⁺、Zn²⁺，過濾．
③保持濾液在40℃左右，加入6%的H₂O₂．
④再在95℃的③中加入NaOH調(diào)節(jié)pH，除去鐵和鉻．
⑤在④的濾液中加入足量Na₂CO₃溶液，攪拌，得NiCO₃沉淀．
⑥____．
⑦_(dá)___．
⑧蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶并從溶液中分離出晶體．
⑨用少量乙醇洗滌并涼干．
請完成以下填空：
（1）步驟①中加入H₂SO₄后，需充分?jǐn)嚢璧哪康氖羌涌旆磻?yīng)速率、提高浸出率．
（2）步驟②除可觀察到黑色沉淀外，還可嗅到臭雞蛋氣味，用離子方程式說明氣體的產(chǎn)生：2H⁺+S^2-=H₂S↑．
（3）步驟③中，在酸性條件下，H₂O₂使Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，保持溫度在40℃左右的原因是減少過氧化氫的分解．
（4）已知：ⅰ．K_sp[Fe（OH）₃]≈2.64×10^-39、K_sp[Cr（OH）₃]≈1.0×10^-32；
ⅱ．溶液中離子濃度小于10^-5mol/L時，可視為沉淀完全．25℃時，若沉淀E為Fe（OH）₃和Cr（OH）₃，步驟④中，應(yīng)控制溶液的pH不小于5．
（5）溶液C中溶質(zhì)的主要成分是Na₂SO₄．
（6）確定步驟⑤中Na₂CO₃溶液足量，碳酸鎳已完全沉淀的簡單方法是：上層清液呈無色．
（7）補(bǔ)充上述步驟⑥和⑦：
⑥過濾，洗滌碳酸鎳
⑦用硫酸溶解碳酸鎳
（8）在步驟⑨，用乙醇洗滌的優(yōu)點(diǎn)是什么？降低溶解度，減少損失，有利于干燥
（9）在制備過程中，除鐵的方法有兩種，一種如前述用H₂O₂作氧化劑，控制pH值2～4范圍內(nèi)生成氫氧化鐵沉淀；另一種方法常用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．圖是溫度-pH值與生成的沉淀關(guān)系圖，圖中陰影部分是黃鐵礬鈉穩(wěn)定存在的區(qū)域（25℃時，F(xiàn)e（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
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O
d．工業(yè)生產(chǎn)中溫度常保持在85～95℃生成黃鐵礬鈉，此時水體的pH約為1.2～1.8．

Answer 1

分析 廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等雜質(zhì)），用硫酸溶解，再向?yàn)V液中滴入適量的Na₂S，除去Cu²⁺、Zn²⁺，過濾，濾液A中含有Ni²⁺、Fe²⁺、Cr³⁺，加熱H₂O₂將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，再通過調(diào)節(jié)pH值使Cr³⁺、Fe³⁺都以氫氧化物的沉淀而除去，濾液B含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸鈉得NiCO₃沉淀，過濾、洗滌，然后用硫酸溶解，再加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到NiSO₄晶體．
（1）充分?jǐn)嚢�，增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；
（2）用硫酸酸化后的溶液中含有氫離子，再加入硫化鈉溶液生成硫化氫；
（3）在酸性條件下，H₂O₂使Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，同時生成水；過氧化氫不穩(wěn)定，容易分解；
（4）氫氧化鐵溶度積小于Cr（OH）₃的溶度積，說明氫氧化鐵更難溶，Cr³⁺沉淀完全時，F(xiàn)e³⁺已經(jīng)完全沉淀，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]≈1.0×10^-32計(jì)算溶液中c（OH^-），再根據(jù)水的離子積計(jì)算c（H⁺），根據(jù)pH=-lgc（H⁺）；
（5）溶液C中溶質(zhì)的主要成分是硫酸鈉；
（6）Ni²⁺離子有有色，根據(jù)上層清液中顏色判斷；
（7）過濾分離出NiCO₃沉淀，再用硫酸溶解；
（8）降低溶解度，減少損失，有利于蒸發(fā)；
（9）a．FeOOH中鐵為+3價；
b．pH=4時，反應(yīng)中c（OH^-）=10^-10mol/L，再根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]≈2.64×10^-39計(jì)算溶液中c（Fe³⁺）；
c．ClO₃^-在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)，結(jié)合電荷守恒、原子守恒與電子轉(zhuǎn)移守恒判斷；
d．由圖可知，工業(yè)生產(chǎn)中溫度常保持在85～95℃生成黃鐵礬鈉，此時水體的pH約為1.2～1.8．

解答 解：廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等雜質(zhì)），用硫酸溶解，再向?yàn)V液中滴入適量的Na₂S，除去Cu²⁺、Zn²⁺，過濾，濾液A中含有Ni²⁺、Fe²⁺、Cr³⁺，加熱H₂O₂將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，再通過調(diào)節(jié)pH值使Cr³⁺、Fe³⁺都以氫氧化物的沉淀而除去，濾液B含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸鈉得NiCO₃沉淀，過濾、洗滌，然后用硫酸溶解，再加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到NiSO₄晶體．
（1）步驟①中加入H₂SO₄后，需充分?jǐn)嚢瑁�增大接觸面積，加快反應(yīng)速率、提高浸出率，
故答案為：加快反應(yīng)速率、提高浸出率；
（2）用硫酸酸化后的溶液中含有氫離子，再加入硫化鈉溶液生成硫化氫，反應(yīng)離子方程式為：2H⁺+S^2-=H₂S↑，
故答案為：2H⁺+S^2-=H₂S↑；
（3）H₂O₂使Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺的離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，保持溫度在40℃左右的原因是：減少過氧化氫的分解，
故答案為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；減少過氧化氫的分解；
（4）氫氧化鐵溶度積小于Cr（OH）₃的溶度積，說明氫氧化鐵更難溶，Cr³⁺沉淀完全時，F(xiàn)e³⁺已經(jīng)完全沉淀，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]≈1.0×10^-32，可知溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1.0×1{0}^{-32}}{{10}^{-5}}}$=1.0×10^-9，則c（H⁺）=1.0×10^-5，pH=-lg1.0×10^-5=5，
故答案為：5；
（5）溶液C中溶質(zhì)的主要成分是Na₂SO₄，
故答案為：Na₂SO₄；
（6）Ni²⁺離子有有色，碳酸鎳已完全沉淀的簡單方法是：上層清液呈無色，
故答案為：上層清液呈無色；
（7）步驟⑥：過濾，洗滌碳酸鎳，
步驟⑦：用硫酸溶解碳酸鎳，
故答案為：過濾，洗滌碳酸鎳；用硫酸溶解碳酸鎳；
（8）用乙醇洗滌的優(yōu)點(diǎn)是：降低溶解度，減少損失，有利于干燥，
故答案為：降低溶解度，減少損失，有利于干燥；
（9）a．FeOOH中鐵為+3價，故a錯誤；
b．pH=4時，反應(yīng)中c（OH^-）=10^-10mol/L，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]≈2.64×10^-39，可知溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$mol/L=2.64×10^-9mol/L，故b錯誤；
c．ClO₃^-在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，與Fe²⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)，配平方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故c正確；
d．由圖可知，工業(yè)生產(chǎn)中溫度常保持在85～95℃生成黃鐵礬鈉，此時水體的pH約為1.2～1.8，故d正確，
故選：cd．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、物質(zhì)分離提純的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�題目難度較大，明確實(shí)驗(yàn)的目的和原理是解答該題的關(guān)鍵，注意把握基本實(shí)驗(yàn)操作．