Question

15．某工廠回收電鍍污泥[主要成分為Cu（OH）₂、Ni（OH）₂、Fe（OH）₂、Al（OH）₃和砂土]中的
銅和鎳，工藝流程如圖：

（1）下列措施中，可提高步驟①浸出速率的是ad．
a．加熱    b．增大壓強(qiáng)    c．延長(zhǎng)浸出時(shí)間    d．適當(dāng)提高硫酸的濃度
e．及時(shí)分離出產(chǎn)物
（2）步驟②電解過(guò)程中銅粉在陰極（填“陰“或“陽(yáng)”）極產(chǎn)生．若始終沒(méi)有觀察到氣體生成，則該電解過(guò)程的離子方程式為Cu²⁺+2Fe²⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cu+2Fe³⁺．
（3）已知FePO₄、．A1PO₄、Ni₃（PO₄）₂的K_ap分別為1.0x l0^-22、1.0x l0^-19、4.0x 10^-31步驟
②所得溶液中c（Ni²⁺）為O.1mo1•L^-1．步驟③反應(yīng)后溶液中c（PO₄^3-）理論上應(yīng)控制的范圍是1.0×l0^-14～2.0×10^-14 mo1•L^-1 （離子濃度小于1O^-5 mo1•L^-1可視為沉淀完全）．
（4）步驟④的萃取原理為[注：（HA）₂為有機(jī)萃取劑]NiSO₄（水層）+2（HA）₂（有機(jī)層）?Ni（HA₂）₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層）為促使上述平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可采取的具體措施是加入有機(jī)萃取劑（寫一條即可）．
（5）步驟⑤中作為反萃取劑的最佳試劑為硫酸（填名稱）．
（6）該工藝流程中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)有硫酸和有機(jī)萃取劑．

Answer 1

分析 電鍍污泥[主要成分為Cu（OH）₂、Ni（OH）₂、Fe（OH）₂、Al（OH）₃和砂土]加硫酸溶解，過(guò)濾，濾液中含有Cu²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，電解，銅離子在陰極得電子生成Cu，亞鐵離子在陽(yáng)極失電子生成Fe³⁺，過(guò)濾，濾液中含有Ni²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，再加磷酸鈉，生成FePO₄、A1PO₄沉淀，過(guò)濾，濾液中含有Ni²⁺的溶液，加有機(jī)萃取劑萃取、分液，有機(jī)層中加硫酸，分液，水層中為NiSO₄，
（1）根據(jù)影響速率的因素分析；
（2）銅離子在陰極得電子；陽(yáng)極上Fe²⁺失電子生成Fe³⁺；
（3）步驟③應(yīng)該控制溶液中PO₄^3-，使Fe³⁺、Al³⁺全部轉(zhuǎn)化為沉淀，而Ni²⁺不生成沉淀，根據(jù)Ksp計(jì)算；
（4）已知存在平衡：NiSO₄（水層）+2（HA）₂（有機(jī)層）?Ni（HA₂）₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層），增大反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)；
（5）若有使平衡逆向移動(dòng)，則增大生成物的濃度；
（6）根據(jù)提取NiSO₄的步驟④和⑤分析．

解答 解：電鍍污泥[主要成分為Cu（OH）₂、Ni（OH）₂、Fe（OH）₂、Al（OH）₃和砂土]加硫酸溶解，過(guò)濾，濾液中含有Cu²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，電解，銅離子在陰極得電子生成Cu，亞鐵離子在陽(yáng)極失電子生成Fe³⁺，過(guò)濾，濾液中含有Ni²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，再加磷酸鈉，生成FePO₄、A1PO₄沉淀，過(guò)濾，濾液中含有Ni²⁺的溶液，加有機(jī)萃取劑萃取、分液，有機(jī)層中加硫酸，分液，水層中為NiSO₄，
（1）電鍍污泥[主要成分為Cu（OH）₂、Ni（OH）₂、Fe（OH）₂、Al（OH）₃和砂土]加硫酸溶解，若要提高浸出速率可以增大反應(yīng)物的濃度，即增大硫酸的濃度，或者升高溫度；
故答案為：ad；
（2）銅離子在陰極得電子生成Cu，即電解過(guò)程中銅粉在陰極生成；陰極上銅離子在陰極得電子生成Cu，陽(yáng)極上Fe²⁺失電子生成Fe³⁺，則電解方程式為：Cu²⁺+2Fe²⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cu+2Fe³⁺；
故答案為：陰極；Cu²⁺+2Fe²⁺$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Cu+2Fe³⁺；
（3）步驟③應(yīng)該控制溶液中PO₄^3-，使Fe³⁺、Al³⁺全部轉(zhuǎn)化為沉淀，而Ni²⁺不生成沉淀，
若沒(méi)有Ni₃（PO₄）₂沉淀生成，則K_sp[Ni₃（PO₄）₂]=c³（Ni²⁺）×c²（PO₄^3-）=（0.1）³×c²（PO₄^3-）=4.0×10^-31，所以c（PO₄^3-）=2.0×10^-14mol/L；
若使Fe³⁺、Al³⁺全部轉(zhuǎn)化為沉淀，F(xiàn)ePO₄的Ksp小先沉淀，Al³⁺完全沉淀時(shí)Fe³⁺也完全沉淀，
K_sp[AlPO₄]=c（Al³⁺）×c（PO₄^3-）=（1O^-5）×c（PO₄^3-）=1.0×l0^-19，所以c（PO₄^3-）=1.0×10^-14mol/L，即當(dāng)c（PO₄^3-）=1.0×10^-14mol/L時(shí)Fe³⁺、Al³⁺全部轉(zhuǎn)化為沉淀；
所以溶液中c（PO₄^3-）的范圍為：1.0×l0^-14～2.0×10^-14；
故答案為：1.0×l0^-14～2.0×10^-14；
（4）已知存在平衡：NiSO₄（水層）+2（HA）₂（有機(jī)層）?Ni（HA₂）₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層），增大反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，所以為促使上述平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)應(yīng)該加入有機(jī)萃取劑；
故答案為：加入有機(jī)萃取劑；
（5）步驟⑤中作為反萃取劑，即平衡：NiSO₄（水層）+2（HA）₂（有機(jī)層）?Ni（HA₂）₂（有機(jī)層）+H₂SO₄（水層）逆向移動(dòng)，則增大生成物的濃度，所以加入硫酸反萃取劑；
故答案為：硫酸；
（6）步驟④中加有機(jī)萃取劑，分液，水層中含有硫酸，步驟⑤中加硫酸作為反萃取劑，分液有機(jī)層為有機(jī)萃取劑，則硫酸和有機(jī)萃取劑可以循環(huán)使用；
故答案為：硫酸和有機(jī)萃取劑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離、提純的方法選擇及應(yīng)用，難度中等，明確各物質(zhì)的性質(zhì)是解本題的關(guān)鍵，注意分析分離提純的流程以及平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．