Question

【題目】鐵、鎳及其化合物在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。從某礦渣[成分為NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工藝流程如下：

已知(NH4)2SO4在350℃分解生成NH3和H2SO4，回答下列問題：

(1)“浸渣”的成分有Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，還含有___________(寫化學(xué)式)。

(2)礦渣中部分FeO焙燒時與H2SO4反應(yīng)生成Fe2(SO4)3的化學(xué)方程式為_______________。

(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+(濃度為1．0×10-3mol·L-1)，當(dāng)溶液中c(F-)=2．0×10-3mol·L-1時，除鈣率為______________[Ksp(CaF2)=4．0×10-11]。

(4)溶劑萃取可用于對溶液中的金屬離子進(jìn)行富集與分離：。萃取劑與溶液的體積比(V0／VA)對溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影響如圖所示，V0／VA的最佳取值為______。在___________(填“強(qiáng)堿性”“強(qiáng)酸性”或“中性”)介質(zhì)中“反萃取”能使有機(jī)相再生而循環(huán)利用。

(5)以Fe、Ni為電極制取Na2FeO4的原理如圖所示。通電后，在鐵電極附近生成紫紅色的FeO42-，若pH過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。

①電解時陽極的電極反應(yīng)式為________________，離子交換膜(b))為______(填“陰”或“陽”)離子交換膜。

②向鐵電極區(qū)出現(xiàn)的紅褐色物質(zhì)中加入少量的NaClO溶液，沉淀溶解。該反應(yīng)的離子方程式為_____。

Answer 1

【答案】SiO2 4FeO+6H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+6H2O 99% 0.25 強(qiáng)酸性 Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 陰 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O

【解析】

某礦渣的主要成分是NiFe2O4（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨研磨后，600℃焙燒，已知：（NH4）2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3，在90°C的熱水中浸泡過濾得到浸出液，加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液加入萃取劑得到無機(jī)相和有機(jī)相，無機(jī)相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機(jī)相循環(huán)使用，據(jù)此分析解答。

某礦渣的主要成分是NiFe2O4（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨研磨后，600°C焙燒，已知：（NH4）2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3，在90°C的熱水中浸泡過濾得到浸出液，加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液加入萃取劑得到無機(jī)相和有機(jī)相，無機(jī)相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機(jī)相循環(huán)使用。

（1）礦渣的主要成分是NiFe2O4（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨加熱浸取后的浸渣為不反應(yīng)和不溶于水的硫酸鈣和二氧化硅，“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，還含有SiO2；

(2)礦渣中部分FeO焙燒時與H2SO4及空氣中的氧氣反應(yīng)生成Fe2(SO4)3和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeO+6H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+6H2O；

(3)當(dāng)溶液中c(F-)=2．0×10-3mol·L-1時，Ksp(CaF2)=c(Ca2+)×c2(F-)= c(Ca2+)×(2．0×10-3mol·L-1)2=4．0×10-11，故c(Ca2+)=1．0×10-5mol/L，則除鈣率為99%；

(4)要求Fe2+萃取率最低，Ni2+的萃取率最高，根據(jù)圖象，最佳取值為0.25；在強(qiáng)酸性介質(zhì)中“反萃取”能使有機(jī)相再生而循環(huán)利用；

（5）①電解時正極連接鐵電極，為陽極，陽極上失電子在堿性條件下反應(yīng)生成FeO42-，電極反應(yīng)式為Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O；離子交換膜(b))允許氫氧根離子向Ⅲ移動，為陰離子交換膜；

②向鐵電極區(qū)出現(xiàn)的紅褐色物質(zhì)中加入少量的NaClO溶液，沉淀溶解。次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化生成高鐵酸鈉，反應(yīng)的離子方程式為2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O。