题目内容
【题目】以红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)为原料,获取净水剂黄钠铁矾[NaFe(SO4)2(OH)6]和纳米镍粉的部分工艺流程如下:
(1)“酸浸”过程,为提高铁和镍元素的浸出率,可采取的措施有___________(写出两种)。
(2)“过滤Ⅰ”滤渣的主要成分是______。
(3)“氧化”过程欲使0.3molFe2+转变为Fe3+,则需氧化剂NaClO至少为________ mol。
(4)“沉铁”过程中加入碳酸钠调节浴液的pH至2,生成黃钠铁矾沉淀,写出该反应的化学方程式______。若碳酸钠过多会导致生成的沉淀由黄钠铁矾转变为_____(填化学式)。
(5)向“过滤Ⅱ”所得滤液(富含Ni2+)中加入N2H4·H2O,在不同浓度的氢氧化钠溶液中反应,含镍产物的XRD图谱如下图所示(XRD图谱可用于判断某晶态物质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。欲制得高纯纳米镍粉最适宜的NaOH的物质的量浓度为_____。写出该条件下制备纳米镍粉同时生成N2的离子方程式_____。
(6)高铁酸盐也是一种优良的含铁净水剂,J.C.Poggendor早在1841年利用纯铁作电极插入浓的NaOH溶液电解制得Na2FeO4,阳极生成FeO42-的电极反应式为______;Deininger等对其进行改进,在阴、阳电极间设置阳离子交换膜,有效提高了产率,阳离子交换膜的作用是_______。
【答案】提高反应温度、适当增大硫酸浓度、将原料粉碎、搅拌等(任答两条) SiO2 0.15 2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑ Fe(OH)3 0.015mol/L N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O) Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 避免FeO42-在阴极上被还原
【解析】
(1)依据提高原料利用率与化学反应速率的影响因素作答;
(2)红土镍矿中只有二氧化硅不溶于硫酸;
(3)依据氧化还原反应规律与得失电子数守恒计算;
(4)加入碳酸钠“沉铁”生成NaFe(SO4)2(OH)6,依据元素守恒定律书写化学方程式;碳酸钠过多会使溶液显碱性,据此分析;
(5)根据图示信息,找出Ni晶体的衍射峰强度较强对应的氢氧化钠的浓度;依据氧化还原反应规律分析作答;
(6)根据电解原理以及实验目的,Fe作阳极,电解质为NaOH,阳极Fe失电子发生氧化反应生成FeO42-;阳离子交换膜可防止FeO42-在阴极被还原,提高了产率。
(1)可通过提高反应温度、适当增大硫酸浓度、将原料粉碎、搅拌等提高铁和镍元素的浸出率,
故答案为:提高反应温度、适当增大硫酸浓度、将原料粉碎、搅拌等(任答两条);
(2)Fe2O3、FeO、NiO、SiO2经过“酸浸”后,溶液存在Fe3+、Fe2+和Ni2+,只有SiO2不溶于硫酸,作为滤渣被过滤出来,
故答案为:SiO2;
(3)NaClO做氧化剂会将Fe2+氧化为Fe3+,Cl元素由+1价降低到-1价,则易知2Fe2+NaClO,则0.3molFe2+转变为Fe3+,则需氧化剂NaClO至少为0.15 mol,
故答案为:0.15;
(4)NaClO氧化后,溶液中溶质为Fe2(SO4)3,继续在“沉铁”过程中加入碳酸钠调节浴液的pH至2,生成黃钠铁矾沉淀,则化学方程式为:2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑,碳酸钠过多,溶液酸性减弱,使pH增大,极易生成Fe(OH)3沉淀,
故答案为:2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑;Fe(OH)3;
(5)根据图示数据可以看出,氢氧化钠浓度为0.015mol/L时,仅出现Ni衍射峰,因此制得高纯纳米镍粉最适宜的NaOH的物质的量浓度为0.015mol/L,则碱性条件下制备纳米镍粉同时生成N2的离子方程式为:N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O),
故答案为:0.015;N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O);
(6)根据电解原理以及实验目的,Fe作阳极,电解质为NaOH,因此阳极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;阳离子交换膜只允许阳离子通过,FeO42-具有强氧化性,因此阳离子交换膜的作用是避免FeO42-在阴极上被还原;
故答案为:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;避免FeO42-在阴极上被还原。
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【题目】钒钢具有高强度、弹性优良、抗磨损、抗冲击等性能,可用于汽车和飞机制造。一种从石煤(含SiO2、V2O3、V2O5和少量Fe2O3)中提取V2O5的流程如下图所示:
已知:
VO2+ | VO2+ | Fe2+ | Fe3+ | |
P2O4+TBP+煤油中的溶解度 | 很大 | 较小 | 0 | 很大 |
请回答下列问题:
(1)“酸浸”时,为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度、减小石煤矿粉粒径外,还可采取的措施有__________(任写一条);生成VO2+反应的离子方程式为_______。
(2)从整个流程来看,“还原”的目的为_______。
(3)实验室模拟“萃取”时,需用到的玻璃仪器有____________。
(4)“氧化”时发生反应的离子方程式为__________。
(5)上述流程中可以循环利用的物质有_________。
(6)全钒液流储能电池的工作原理为VO2++V3++H2OVO2++V2++2H+。
①充电时,阳极的电极反应式为______;
②两极区被质子交换膜隔开,放电时,若外电路转移2mole-,则正极区溶液中n(H+)________(填“增加”或“减少”)________mol。