Question

15．NiSO₄•6H₂O是一种绿色易溶于水的晶体．某工厂利用富含镍（Ni）的电镀废渣（含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质）制备NiSO₄•6H₂O．其生产流程如图所示：

①用稀硫酸溶液溶解废渣，保持pH约1.5，搅拌30min，过滤．
②向滤液中滴入适量的Na₂S，除去Cu²⁺、Zn²⁺，过滤．
③保持滤液在40℃左右，加入6%的H₂O₂．
④再在95℃的③中加入NaOH调节pH，除去铁和铬．
⑤在④的滤液中加入足量Na₂CO₃溶液，搅拌，得NiCO₃沉淀．
⑥____．
⑦____．
⑧蒸发、冷却结晶并从溶液中分离出晶体．
⑨用少量乙醇洗涤并凉干．
请完成以下填空：
（1）步骤①中加入H₂SO₄后，需充分搅拌的目的是加快反应速率、提高浸出率．
（2）步骤②除可观察到黑色沉淀外，还可嗅到臭鸡蛋气味，用离子方程式说明气体的产生：2H⁺+S^2-=H₂S↑．
（3）步骤③中，在酸性条件下，H₂O₂使Fe²⁺转化为Fe³⁺的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，保持温度在40℃左右的原因是减少过氧化氢的分解．
（4）已知：ⅰ．K_sp[Fe（OH）₃]≈2.64×10^-39、K_sp[Cr（OH）₃]≈1.0×10^-32；
ⅱ．溶液中离子浓度小于10^-5mol/L时，可视为沉淀完全．25℃时，若沉淀E为Fe（OH）₃和Cr（OH）₃，步骤④中，应控制溶液的pH不小于5．
（5）溶液C中溶质的主要成分是Na₂SO₄．
（6）确定步骤⑤中Na₂CO₃溶液足量，碳酸镍已完全沉淀的简单方法是：上层清液呈无色．
（7）补充上述步骤⑥和⑦：
⑥过滤，洗涤碳酸镍
⑦用硫酸溶解碳酸镍
（8）在步骤⑨，用乙醇洗涤的优点是什么？降低溶解度，减少损失，有利于干燥
（9）在制备过程中，除铁的方法有两种，一种如前述用H₂O₂作氧化剂，控制pH值2～4范围内生成氢氧化铁沉淀；另一种方法常用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．图是温度-pH值与生成的沉淀关系图，图中阴影部分是黄铁矾钠稳定存在的区域（25℃时，Fe（OH）₃的K_sp=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^-29
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．工业生产中温度常保持在85～95℃生成黄铁矾钠，此时水体的pH约为1.2～1.8．

Answer 1

分析 废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质），用硫酸溶解，再向滤液中滴入适量的Na₂S，除去Cu²⁺、Zn²⁺，过滤，滤液A中含有Ni²⁺、Fe²⁺、Cr³⁺，加热H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，再通过调节pH值使Cr³⁺、Fe³⁺都以氢氧化物的沉淀而除去，滤液B含有可溶性硫酸盐，为Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸钠得NiCO₃沉淀，过滤、洗涤，然后用硫酸溶解，再加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO₄晶体．
（1）充分搅拌，增大接触面积，提高反应速率；
（2）用硫酸酸化后的溶液中含有氢离子，再加入硫化钠溶液生成硫化氢；
（3）在酸性条件下，H₂O₂使Fe²⁺转化为Fe³⁺，同时生成水；过氧化氢不稳定，容易分解；
（4）氢氧化铁溶度积小于Cr（OH）₃的溶度积，说明氢氧化铁更难溶，Cr³⁺沉淀完全时，Fe³⁺已经完全沉淀，根据K_sp[Cr（OH）₃]≈1.0×10^-32计算溶液中c（OH^-），再根据水的离子积计算c（H⁺），根据pH=-lgc（H⁺）；
（5）溶液C中溶质的主要成分是硫酸钠；
（6）Ni²⁺离子有有色，根据上层清液中颜色判断；
（7）过滤分离出NiCO₃沉淀，再用硫酸溶解；
（8）降低溶解度，减少损失，有利于蒸发；
（9）a．FeOOH中铁为+3价；
b．pH=4时，反应中c（OH^-）=10^-10mol/L，再根据K_sp[Fe（OH）₃]≈2.64×10^-39计算溶液中c（Fe³⁺）；
c．ClO₃^-在酸性条件下具有强氧化性，与Fe²⁺发生氧化还原反应，结合电荷守恒、原子守恒与电子转移守恒判断；
d．由图可知，工业生产中温度常保持在85～95℃生成黄铁矾钠，此时水体的pH约为1.2～1.8．

解答 解：废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质），用硫酸溶解，再向滤液中滴入适量的Na₂S，除去Cu²⁺、Zn²⁺，过滤，滤液A中含有Ni²⁺、Fe²⁺、Cr³⁺，加热H₂O₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，再通过调节pH值使Cr³⁺、Fe³⁺都以氢氧化物的沉淀而除去，滤液B含有可溶性硫酸盐，为Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸钠得NiCO₃沉淀，过滤、洗涤，然后用硫酸溶解，再加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO₄晶体．
（1）步骤①中加入H₂SO₄后，需充分搅拌，增大接触面积，加快反应速率、提高浸出率，
故答案为：加快反应速率、提高浸出率；
（2）用硫酸酸化后的溶液中含有氢离子，再加入硫化钠溶液生成硫化氢，反应离子方程式为：2H⁺+S^2-=H₂S↑，
故答案为：2H⁺+S^2-=H₂S↑；
（3）H₂O₂使Fe²⁺转化为Fe³⁺的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，保持温度在40℃左右的原因是：减少过氧化氢的分解，
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；减少过氧化氢的分解；
（4）氢氧化铁溶度积小于Cr（OH）₃的溶度积，说明氢氧化铁更难溶，Cr³⁺沉淀完全时，Fe³⁺已经完全沉淀，根据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，则c（H⁺）=1.0×10^-5，pH=-lg1.0×10^-5=5，
故答案为：5；
（5）溶液C中溶质的主要成分是Na₂SO₄，
故答案为：Na₂SO₄；
（6）Ni²⁺离子有有色，碳酸镍已完全沉淀的简单方法是：上层清液呈无色，
故答案为：上层清液呈无色；
（7）步骤⑥：过滤，洗涤碳酸镍，
步骤⑦：用硫酸溶解碳酸镍，
故答案为：过滤，洗涤碳酸镍；用硫酸溶解碳酸镍；
（8）用乙醇洗涤的优点是：降低溶解度，减少损失，有利于干燥，
故答案为：降低溶解度，减少损失，有利于干燥；
（9）a．FeOOH中铁为+3价，故a错误；
b．pH=4时，反应中c（OH^-）=10^-10mol/L，根据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错误；
c．ClO₃^-在酸性条件下具有强氧化性，与Fe²⁺发生氧化还原反应，配平方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故c正确；
d．由图可知，工业生产中温度常保持在85～95℃生成黄铁矾钠，此时水体的pH约为1.2～1.8，故d正确，
故选：cd．

点评 本题考查物质制备工艺流程、物质分离提纯的实验方案的设计，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．