Question

18．金屬鎳在電池和電鍍等工業(yè)上具有廣泛的用途，可鎳也具有很強的毒性，若不進行回收處理，將對環(huán)境造成很大的影響，以下是以電鍍廢渣為原料獲得NiSO₄•6H₂O的過程，已知，廢渣中除含金屬鎳外，主要含有：Cu、Zn、Fe、Mg等元素的化合物．

部分陽離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時溶液的pH見下表．

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	CuS	ZnS	FeS	NiS	Al（OH）3	Mg（OH）2	Ni（OH）2
pH	3.2	9.7	≥-0.42	≥2.5	≥7	≥7.5	≥5	≥8	≥8.5

（1）往廢渣中加H₂SO₄酸浸，提高酸浸效率的方法有攪拌、升溫、適當增加硫酸濃度、廢渣粉碎等（至少寫出2點）
（2）加Na₂S同時調溶液的pH為3，目的是除去銅、鋅等雜質，則往濾液Ⅱ中加入H₂O₂的反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）操作Ⅰ包括以下過程：冷卻、結晶、過濾、洗滌、干燥．該洗滌過程不能用水洗滌，應該用酒精洗滌，目的是既能洗滌沉淀表面殘余的溶液又有利晶體的干燥并減少NiSO₄﹒6H₂O晶體的損失．干燥有低溫干燥和高溫干燥，能否用高溫干燥否，理由是溫度過高會使NiSO₄﹒6H₂O晶體失去部分或全部結晶水．
（4）濾液Ⅲ中加入NaOH溶液的目的是調節(jié)溶液的pH為8以除去Al³⁺以及少量的Mg²⁺，若向含有Mg²⁺、Al³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，常溫下當兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（Mg²⁺）：c（Al³⁺）=2.5×10¹³．{已知：25℃時，K_SP[Mg（OH）₂]=5.0×10^-14；K_SP[Al（OH）₃]=2.0×10^-33}．

Answer 1

分析 根據流程圖：廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Mg等元素的化合物雜質），在硫酸溶解后過濾后除去不溶于硫酸的雜質銅等，濾液含有二價鐵離子、銅離子、鋅離子、鎂離子等雜質，加入硫化鈉調節(jié)pH=3，根據表格信息可除去銅離子、鋅離子，然后加H₂O₂是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調節(jié)pH值使三價鐵以氫氧化物的沉淀而除去，濾液Ⅲ加入NaOH溶液的目的是調節(jié)溶液的pH為8以除去Al³⁺以及少量的Mg²⁺，濾液Ⅳ含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，經冷卻結晶、過濾、洗滌，干燥得NiSO₄﹒6H₂O；
（1）提高酸浸效率，實質為加快反應速率，攪拌、升溫、適當增加硫酸濃度、廢渣粉碎等，可加快反應速率；
（2）濾液Ⅱ中加入H₂O₂的目的是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調節(jié)pH值3.5使三價鐵以氫氧化物的沉淀而除去；
（3）從溶液中得到晶體，可經過溶解、蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作，NiSO₄﹒6H₂O晶體易溶于水，洗滌過程計算不能用水洗滌，應用酒精洗滌，溫度過高會使NiSO₄﹒6H₂O晶體失去部分或全部結晶水；
（4）當兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（H⁺）=10^-8mol/L，計算出c（OH^-），根據25℃時，K_SP[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.0×10^-14計算出c（Mg²⁺），；K_SP[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=2.0×10^-33計算出c（Al³⁺），進一步計算出c（Mg²⁺）：c（Al³⁺）．

解答 解：根據流程圖：廢渣（除含鎳外，還含有Cu、Zn、Fe、Mg等元素的化合物雜質），在硫酸溶解后過濾后除去不溶于硫酸的雜質銅等，濾液含有二價鐵離子、銅離子、鋅離子、鎂離子等雜質，加入硫化鈉調節(jié)pH=3，根據表格信息可除去銅離子、鋅離子，然后加H₂O₂是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調節(jié)pH值3.5使三價鐵以氫氧化物的沉淀而除去，濾液Ⅲ加入NaOH溶液的目的是調節(jié)溶液的pH為8以除去Al³⁺以及少量的Mg²⁺，濾液Ⅳ含有可溶性硫酸鹽，為Na₂SO₄、NiSO₄，經冷卻結晶、過濾、洗滌，干燥得NiSO₄﹒6H₂O；
（1）提高酸浸效率，根據影響反應速率的因素，攪拌、升溫、適當增加硫酸濃度、廢渣粉碎等，可加快反應速率，
故答案為：攪拌、升溫、適當增加硫酸濃度、廢渣粉碎等；
（2）濾液Ⅱ中加入H₂O₂的目的是將二價鐵氧化成三價鐵，再通過調節(jié)pH值3.5使三價鐵以氫氧化物的沉淀而除去，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）從溶液中得到晶體，可經過溶解、蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作，NiSO₄﹒6H₂O晶體易溶于水，洗滌過程計算不能用水洗滌，應用酒精洗滌，既能洗滌沉淀表面殘余的溶液又有利晶體的干燥并減少NiSO₄﹒6H₂O晶體的損失；干燥應低溫干燥，因溫度過高會使NiSO₄﹒6H₂O晶體失去部分或全部結晶水，
故答案為：冷卻結晶；酒精； 既能洗滌沉淀表面殘余的溶液又有利晶體的干燥并 減少NiSO₄﹒6H₂O晶體的損失；否；溫度過高會使NiSO₄﹒6H₂O晶體失去部分或全部結晶水；
（4）當兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（H⁺）=10^-8mol/L，計算出c（OH^-）=10^-6mol/L，根據25℃時，K_SP[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.0×10^-14計算出c（Mg²⁺）=$\frac{5.0×1{0}^{-14}}{{（10}^{-6}）^{2}}$=5.0×10^-2mol/L，；K_SP[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=2.0×10^-33計算出c（Al³⁺）=$\frac{2.0×1{0}^{-33}}{{（10}^{-6}）^{3}}$=2.0×10^-15mol/L，進一步計算出c（Mg²⁺）：c（Al³⁺）=2.5×10¹³；
故答案為：2.5×10¹³．

點評 本題考查物質的分離提純的實驗方案的設計及K_SP的相關計算，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，題目難度中等，明確實驗的目的和原理是解答該題的關鍵，注意把握基本實驗操作．