Question

6．NiSO₄•6H₂O是一種綠色易溶于水的晶體，廣泛用于化學(xué)鍍鎳、生產(chǎn)電池等．可以電鍍廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等雜質(zhì)）為原料獲得．工藝流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）用稀硫酸溶解廢渣時，為了提高浸取率可采取的措施有加熱或攪拌或增大硫酸濃度等（任寫一點）．
（2）向濾液中滴入適量的Na₂S溶液，目的是除去Cu²⁺、Zn²⁺，寫出除去Cu²⁺的離子方程式：Cu²⁺+S^2-═CuS↓．
（3）在40℃左右，用6%的H₂O₂氧化Fe²⁺，再在95℃時加入NaOH調(diào)節(jié)pH，除去鐵和鉻．此外，還常用NaClO₃作氧化劑，在較小的pH條件下水解，最終生成一種淺黃色的黃鐵礬鈉[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀除去．如圖2是溫度-pH與生成沉淀的關(guān)系圖，圖中陰影部分是黃鐵礬穩(wěn)定存在的區(qū)域[已知25℃時，F(xiàn)e（OH）₃的K_sp=2.64×10^-39]．下列說法正確的是cd（選填序號）．
a．FeOOH中鐵為+2價
b．若在25℃時，用H₂O₂氧化Fe²⁺，再在pH=4時除去鐵，此時溶液中c（Fe³⁺）=2.64×10^-29mol/L
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺的離子方程式為6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O
d．工業(yè)生產(chǎn)中常保持在85～95℃生成黃鐵礬鈉，此時水體的pH為1.2～1.8
（4）上述流程中濾液Ⅲ的主要成分是Na₂SO₄、NiSO₄．
（5）確定步驟四中Na₂CO₃溶液足量，碳酸鎳已完全沉淀的簡單實驗方法是上層清液呈無色．
（6）操作Ⅰ的實驗步驟依次為（實驗中可選用的試劑：6mol•L^-1的H₂SO₄溶液、蒸餾水、pH試紙）：
①過濾，并用蒸餾水洗凈沉淀；
②向沉淀中加6mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾得NiSO₄•6H₂O晶體；
④用少量乙醇洗滌NiSO₄•6H₂O晶體并晾干．

Answer 1

分析 廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物雜質(zhì)），在硫酸溶解調(diào)節(jié)pH后過濾后除去不溶于鐵離子，濾液含有二價鐵離子、三價鉻離子、銅離子、鋅離子等雜質(zhì)，加入硫化鈉可除去銅離子、鋅離子，然后加H₂O₂是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調(diào)節(jié)pH值2～4使三價鐵和三價鉻都以氫氧化物的沉淀而除去，濾液Ⅲ含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸鈉沉淀二價鎳，過濾、洗滌，然后與硫酸反應(yīng)生成NiSO₄晶體．
（1）攪拌固體和液體的混合物，升高溫度、增大濃度等，可加快反應(yīng)速率；
（2）加Na₂S，易生成CuS沉淀；
（3）a．根據(jù)化合價的代數(shù)和為零分析；
b．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，根據(jù)Ksp計算鐵離子的濃度；
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺生成鐵離子和氯離子；
d．根據(jù)圖象判斷生成黃鐵礬鈉的條件；
（4）經(jīng)過加入Na₂S、H₂O₂、NaOH后可除去Cu、Zn、Fe、Cr等化合物的雜質(zhì)，濾液中含有可溶性硫酸鹽；
（5）含有Ni²⁺的溶液顯綠色；
（6）向含有NiSO₄溶液中加碳酸鈉，得到NiCO₃沉淀，過濾、洗滌，向沉淀中加硫酸溶解，得到NiSO₄溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作得NiSO₄•6H₂O晶體．

解答 解：廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Cr等元素的化合物雜質(zhì)），在硫酸溶解調(diào)節(jié)pH后過濾后除去不溶于鐵離子，濾液含有二價鐵離子、三價鉻離子、銅離子、鋅離子等雜質(zhì)，加入硫化鈉可除去銅離子、鋅離子，然后加H₂O₂是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調(diào)節(jié)pH值2～4使三價鐵和三價鉻都以氫氧化物的沉淀而除去，濾液Ⅲ含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸鈉沉淀二價鎳，過濾、洗滌，然后與硫酸反應(yīng)生成NiSO₄晶體，
（1）攪拌固體和液體的混合物，升高溫度、增大濃度等，可加快反應(yīng)速率，所以為了提高浸取率可采取的措施有加熱或攪拌或增大硫酸濃度等，故答案為：加熱或攪拌或增大硫酸濃度等；
（2）加Na₂S，易生成CuS沉淀，反應(yīng)的離子方程式為S^2-+Cu²⁺=CuS↓，故答案為：S^2-+Cu²⁺=CuS↓；
（3）a．FeOOH中O為-2價，H為+1價，則鐵為+3價，故a錯誤；
b．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），則c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{sp}}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.64{×10}^{-39}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$=2.64×10^-9 mol/L，故b錯誤；
c．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺生成鐵離子和氯離子，其反應(yīng)的離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故c正確；
d．由圖象判斷可知生成黃鐵礬鈉的條件為：溫度為85～95℃，水體的pH為1.2～1.8，故d正確；
故答案為：cd；
（4）經(jīng)過加入a₂S、H₂O₂、NaOH后可除去Cu、Zn、Fe、Cr等雜質(zhì)，濾液中含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，故答案為：Na₂SO₄、NiSO₄；
（5）含有Ni²⁺的溶液顯綠色，當(dāng)溶液由綠色變?yōu)闊o色，說明鎳離子已經(jīng)完全沉淀，故答案為：上層清液呈無色；
（6）向含有NiSO₄溶液中加碳酸鈉，得到NiCO₃沉淀，過濾、洗滌，向沉淀中加硫酸溶解，得到NiSO₄溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌等操作得NiSO₄•6H₂O晶體，則從溶液中提取硫酸鎳的步驟為：
①過濾，并用蒸餾水洗凈沉淀；
②向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，過濾得NiSO₄•6H₂O晶體；
④用少量乙醇洗滌NiSO₄•6H₂O晶體并晾干．
故答案為：過濾，并用蒸餾水洗凈沉淀；向沉淀中加6 mol•L^-1的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解．

點評 本題考查物質(zhì)的分離提純的實驗方案的設(shè)計，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾�，題目難度較大，明確實驗的目的和原理是解答該題的關(guān)鍵，注意把握基本實驗操作．