Question

17．从镍矿石尾矿中提取NiSO₄是解决我国镍资源匮乏的一条重要途径，已知该过程如图：

表1：各物质的K_sp数据如表：

物质	MnS	NiS	PbS	CuS	Ni（OH）2
Ksp	2.5×10-13	1.1×10-21	8.0×10-28	6.3×10-36	2.0×10-15

表2：滤液A中各金属离子的含量如表：

成分	Ni2+	Fe3+	Fe2+	Mn2+	Cu2+	Pb2+	…
含量（g/L）	3.80	4.80	x	0.20	0.15	＜0.001	…

根据以上信息，回答下列问题：
（1）步骤Ⅰ酸浸之前需将矿石粉碎，目的是增大接触面积，提高浸取率
（2）若杂质离子的浓度c≤1.0×10^-5mol/L即可认定沉淀完全，则步骤中当Pb²⁺恰好沉淀完全时，溶液中硫离子的浓度c（S^2-）=8.0×10^-23；此时Ni²⁺是否已开始沉淀否（填“是”或“否”）．
（3）常温下进行步骤Ⅲ的目的是为了除去铁和锰元素，已知除铁元素的离子反应如下：
2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺
此时Mn²⁺的氧化产物为MnO₂，写出除锰元素的离子方程式Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺．
（4）为测定滤液A中Fe²⁺离子的含量，每次移取20.00mL待测液，并用0.02mol/L的KMnO₄溶液滴定，若已知其他离子均不反应，且三次滴定平均消耗KMnO₄溶液18.00mL，则x的值为5.04g/L（精确到小数点后两位）．
（5）所得Ni（OH）₂是制造镍铬电池的重要原料，镍镉电池工作原理如下：
Cd+2NiO（OH）+2H₂O$?_{充电}^{放电}$2Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂
则随着放电的进行，正极区pH增大（填“增大”、“减小”或“不变”）；充电时阴极电极反应式为Cd（OH）₂+2e^-=Cd+2OH^-．

Answer 1

分析 镍矿石尾矿加硫酸溶解，过滤，滤液A中含有Cu²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Pb²⁺，加入硫化钠，生成沉淀PbS、CuS，过滤，滤液B中含有Ni²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，再加次氯酸钠，是为了除去铁和锰元素，Mn²⁺的氧化产物为MnO₂ ，铁离子、亚铁离子生成氢氧化铁沉淀，过滤，滤液C中含有Ni²⁺的溶液，加入氢氧化钠溶液产生过滤得到Ni（OH）₂，加硫酸得到NiSO₄，
（1）增大接触面积会提高溶解速率；
（2）结合溶度积常数计算分析判断；
（3）次氯酸根离子具有强氧化性，氧化Mn²⁺的氧化产物为MnO₂，本身被还原为氯离子；
（4）为测定滤液A中Fe²⁺离子的含量，每次移取20.00mL待测液，并用0.02mol/L的KMnO₄溶液滴定，若已知其他离子均不反应，且三次滴定平均消耗KMnO₄溶液18.00mL，结合反应的定量关系计算；
（5）根据镍镉电池的总反应Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充电}^{放电}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂可知，放电时，Cd是还原剂，在负极发生氧化反应，NiOOH是氧化剂，在正极发生还原反应，充电阴极是电镀电子发生还原反应，据此书写电极反应式．

解答 解：（1）步骤Ⅰ酸浸之前需将矿石粉碎，目的是增大接触面积，提高浸取率，
故答案为：增大接触面积，提高浸取率；
（2）若杂质离子的浓度c≤1.0×10^-5mol/L即可认定沉淀完全，则步骤中当Pb²⁺恰好沉淀完全时，溶液中硫离子的浓度c（S^2-）=$\frac{Ksp（PbS）}{c（P{b}^{2+}）}$=$\frac{8.0×1{0}^{-28}}{1.0×1{0}^{-5}}$=8.0×10^-23，c（Ni²⁺）=$\frac{Ksp}{c（{S}^{2-}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-21}}{8.0×1{0}^{-23}}$=13.75＞＞1.0×10^-5mol/L，此时Ni²⁺是未开始沉淀，
故答案为：8.0×10^-23；否；
（3）次氯酸根离子具有强氧化性，氧化Mn²⁺的氧化产物为MnO₂，本身被还原为氯离子，反应的离子方程式为：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺，
故答案为：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂+Cl^-+2H⁺；
（4）为测定滤液A中Fe²⁺离子的含量，每次移取20.00mL待测液，并用0.02mol/L的KMnO₄溶液滴定，若已知其他离子均不反应，且三次滴定平均消耗KMnO₄溶液18.00mL，反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
                                                 5           1
                                                n            0.02mol/L×0.0180L
n=1.8×10^-3mol，
则x的值=$\frac{1.8×1{0}^{-3}mol×56g/mol}{0.020L}$=5.04g/L，
故答案为：5.04g/L；
（5）根据镍镉电池的总反应Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充电}^{放电}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂可知，放电时，Cd是还原剂，在负极发生氧化反应，NiOOH是氧化剂，在正极发生还原反应，电极反应式为NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，正极区pH增大，充电时阴极是电镀电子发生还原反应，电极反应式为Cd（OH）₂+2e^-=Cd+2OH^-，
故答案为：增大；Cd（OH）₂+2e^-=Cd+2OH^-．

点评 本题考查了物质分离提纯的过程分析判断、溶度积常数计算、氧化还原反应离子方程式书写和定量计算、原电池和电解池原理等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．