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【题目】翠矾(NiSO4·7H2O)在印染工业作媒染剂,生产酞菁艳蓝络合剂;氟镍化钾(K2NiF4)是结构化学研究的热点物质。以镍废渣(主要成分为Ni,含少量FeAlFe3O4Al2O3和不溶性杂质等)为原料合成翠矾和氟镍化钾的流程如下:

几种金属离子的氢氧化物沉淀pH如下:

请回答下列问题:

(1)翠矾、绿矾、明矾、蓝矾等矾类都含有______元素(填元素符号)。pHa的范围为___________

(2)转化过程中一定体积和浓度的双氧水,转化率与温度关系如图1所示。温度高于40℃,转化率急速降低的原因可能是______。空气可以替代双氧水,空气的作用是______(用离子方程式表示)。

(3)NiSO4NH4HCO3溶液生成NiCO3,其离子方程式为___________

(4)灼烧NiCO3NH4F以物质的量之比为11组成的混合物时,为避免污染环境,选择下列装置吸收尾气,最宜选择___________。(填选项)

(5)已知常温下,Ksp(NiCO3)=1.42×107。分离NiCO3时滤液中c(Ni2)≤1.0×105 mol·L1时,c(CO)___________mol·L1

(6)准确称取ω g翠矾晶体产品于锥形瓶中,加入足量的蒸馏水溶解配成250 mL溶液,取20.00 mL所配溶液于锥形瓶,用c mol·L1的标准溶液EDTA(Na2H2Y)滴定至终点(发生Ni2H2Y2NiY22H),三次实验消耗标准液的体积分别为20.02 mL19.98 mL19.50 mL,则翠矾的纯度为___________%(只列计算式,不考虑杂质反应)。

【答案】SOH 3.7≤a7.1 温度过高,双氧水分解速率加快 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O Ni2++2HCO3-=NiCO3↓+CO2↑+H2O C 1.42×10-2

【解析】

先用NaOH溶液溶解镍废渣,除去可溶于NaOHAlAl2O3,过滤后的滤渣再用稀硫酸溶解,过滤除去不溶于酸的不溶性杂质固体,滤液中含有Fe2+Ni2+Fe3+,加入双氧水将溶液中的Fe2+完全氧化为Fe3+,再加入NiO调节溶液pH,使Fe3+完全沉淀为Fe(OH)3,过滤后所得NiSO4溶液,调节pH=2后,蒸发浓缩并冷却结晶、过滤、洗涤后得到NiSO4·7H2O;或在NiSO4溶液中加入NH4HCO3,获得NiCO3沉淀,并灼烧NiCO3NH4F以物质的量之比为11组成的混合物获得NiF3,最后与KF一起加热熔融即可得到K2NiF4

(1)绿矾成分为FeSO4·7H2O,蓝矾成分为CuSO4·5H2O,明矾成分是KAl(SO4)2·12H2O等,都含硫、氧、氢元素。观察表格数据和流程图,调节溶液pH的目的是除去Fe3+,使Fe3+完全沉淀,不使Ni2+沉淀,即3.7≤a7.1

(2)双氧水既能氧化Fe2+,同时双氧水也可能会分解,当温度低于40℃时氧化Fe2+为主,高于40℃时自身分解为主,导致氧化Fe2+的双氧水浓度降低,反应减慢,Fe2+转化率降低;空气中O2在酸性条件下氧化Fe2+生成Fe3+,发生反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O

(3)HCO3-在水中存在电离和水解,NiCO3溶解度小,促进HCO3-电离为主,生成的氢离子与HCO3-反应生成CO2H2O,反应过程为Ni2++2HCO3-=NiCO3↓+CO2↑+H2O

(4)碳酸镍和氟化铵共热生成NiF2NH3CO2H2O,尾气中NH3污染环境,而吸收氨气又要防倒吸,氨气的水溶液显碱性,碱石灰可以干燥氨气,不能吸收氨气,则应选择硫酸溶液吸收氨气,而不选择NaOH溶液吸收,故选择C装置吸收;

(5)根据溶度积计算,c(CO32-)==mol/L=1.42×10-2mol/L

(6)NiSO4·7H2O的摩尔质量为281g/mol,舍去误差明显偏大的数据19.50mL,消耗EDTA溶液平均体积为20.00mL,产品的纯度为=%

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