Question

14．NiSO₄.6H₂O是一种绿色易容于水的晶体，广泛用于化学镀镍、生产电池等，可由电镀废渣（除含镍外，还含有：Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）为原料获得．操作步骤如图1：
（1）溶解废渣常用一定浓度的稀硫酸，用浓硫酸配制一定浓度的稀硫酸用到的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还有容量瓶、胶状滴管．
（2）向滤液中滴入适量的Na₂S溶液，目的是除去Cu²⁺、Zn²⁺，写出除去Cu²⁺的离子方程式：Cu²⁺+S^2-═CuS↓．
（3）在40℃左右，用6%的H₂O₂氧化Fe²⁺，再在95℃时加入NaOH调节pH，除去铁和铬．此外，除去铁还常用NaClO₃作氧化剂，在较小的pH条件下水解，最终生成一种浅黄色的黄铁矾钠[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀除去．图2是温度-pH与生成的沉淀关系图，图中阴影部分是黄铁矾稳定存在的区域（已知25℃时，Fe（OH）₃的Ksp=2.64×10^-39）．下列说法正确的是cd（选填序号）．
a．FeOOH中铁为+2价
b．若在25℃时，用H₂O₂氧化Fe²⁺，再在pH=4时除去铁，此时溶液中c（Fe³⁺）=2.64×10^-27
c．用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe²⁺离子方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O
d．工业生产中常保持在85～95℃生成黄铁矾钠，此时水体的pH约为1.2～1.8
（4）上述流程中滤液Ⅲ的主要成分是NiSO₄．
（5）确定步骤④中Na₂CO₃溶液足量，碳酸镍已完全沉淀的简单实验方法是上层清液呈无色．
（6）操作Ⅰ的实验步骤依次为：【实验中可选用的试剂：6mol•L^-1的H₂SO₄溶液，蒸馏水、pH试纸】．
①过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，直至流出的溶液用pH试纸检验呈中性；
②向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
③蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得NiSO₄•6H₂O晶体；
④用少量乙醇洗涤NiSO₄•6H₂O晶体并晾干．

Answer 1

分析 废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物杂质），在硫酸溶解调节pH后过滤后除去铁离子，滤液含有二价铁离子、三价铬离子、铜离子、锌离子等杂质，滤液I中加入硫化钠形成CuS、ZnS沉淀，可除去铜离子、锌离子，过滤，滤液II中加H₂O₂是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH使三价铁和三价铬都以氢氧化物的沉淀而除去，滤液Ⅲ含有可溶性硫酸盐，主要是NiSO₄，还有Na₂SO₄，再加碳酸钠沉淀二价镍，过滤、洗涤，然后与硫酸反应生成NiSO₄晶体，
（1）配制一定浓度的稀硫酸用到的玻璃仪器有烧杯、量筒、玻璃棒、容量瓶、胶状滴管；
（2）加Na₂S，易生成CuS沉淀；
（3）a．根据化合价的代数和为零分析；
b．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，根据Ksp计算铁离子的浓度；
c．用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe²⁺生成铁离子和氯离子；
d．根据图象判断生成黄铁矾钠的条件；
（4）根据流程分析判断；
（5）含有Ni²⁺的溶液显绿色；
（6）向含有NiSO₄溶液中加碳酸钠，得到NiCO₃沉淀，过滤、洗涤，向沉淀中加硫酸溶解，得到NiSO₄溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得NiSO₄•6H₂O晶体；

解答 解：废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物杂质），在硫酸溶解调节pH后过滤后除去铁离子，滤液含有二价铁离子、三价铬离子、铜离子、锌离子等杂质，滤液I中加入硫化钠形成CuS、ZnS沉淀，可除去铜离子、锌离子，过滤，滤液II中加H₂O₂是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH使三价铁和三价铬都以氢氧化物的沉淀而除去，滤液Ⅲ含有可溶性硫酸盐，主要是NiSO₄，还有Na₂SO₄，再加碳酸钠沉淀二价镍，过滤、洗涤，然后与硫酸反应生成NiSO₄晶体，
（1）配制一定浓度的稀硫酸用到的玻璃仪器有烧杯、量筒、玻璃棒、容量瓶、胶状滴管；
故答案为：容量瓶、胶状滴管；
（2）加Na₂S，易生成CuS沉淀，其反应的离子方程式为：Cu²⁺+S^2-═CuS↓；
故答案为：Cu²⁺+S^2-═CuS↓；
（3）a．FeOOH中O为-2价，H为+1价，则铁为+3价，故a错误；
b．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），则c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{c{\;}^{3}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（10{\;}^{-10}）{\;}^{3}}$=2.64×10^-9 mol/L，故b错误；
c．用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe²⁺生成铁离子和氯离子，其反应的离子方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故c正确；
d．由图象判断可知生成黄铁矾钠的条件为：温度为85～95℃，水体的pH为1.2～1.8，故d正确；
故答案为：cd；
（4）由流程分析可知滤液Ⅲ的主要成分是NiSO₄；
故答案为：NiSO₄；
（5）含有Ni²⁺的溶液显绿色，当溶液由绿色变为无色，说明镍离子已经完全沉淀；
故答案为：上层清液呈无色；
（6）向含有NiSO₄溶液中加碳酸钠，得到NiCO₃沉淀，过滤、洗涤，向沉淀中加硫酸溶解，得到NiSO₄溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作得NiSO₄•6H₂O晶体，则从溶液中提取硫酸镍的步骤为：
①过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，直至流出的溶液用pH试纸检验呈中性；
②向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
③蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得NiSO₄•6H₂O晶体；
④用少量乙醇洗涤NiSO₄•6H₂O晶体并晾干．
故答案为：过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀2～3次，直至流出的溶液用pH试纸检验呈中性；向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；蒸发浓缩、冷却结晶，过滤得NiSO₄•6H₂O晶体．

点评 本题考查物质的分离提纯的实验方案的设计，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，题目难度较大，明确实验的目的和原理是解答该题的关键，注意把握基本实验操作．