Question

9．NiSO₄•6H₂O是一种绿色易溶于水的晶体，可由电镀废渣（除镍外，还含有铜、锌、铁等元素）为原料获得．操作步骤如下：

（1）向滤液Ⅰ中加入FeS是为了生成难溶于酸的硫化物沉淀而除去Cu²⁺、Zn²⁺等杂质，则除去Cu²⁺的离子方程式为：FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺．
（2）对滤液Ⅱ的操作，请回答：
①往滤液Ⅱ中加入H₂O₂的离子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe³⁺，其原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，已知25℃时Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，则该温度下上述反应的平衡常数K=3.6×10^-4．
③检验Fe³⁺是否除尽的操作和现象是：用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若无颜色变化，则Fe³⁺已除净．
（3）滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO₄，加Na₂CO₃过滤后得到NiCO₃固体，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，这两步操作的目的是增大NiSO₄的浓度，利于蒸发结晶（或富集NiSO₄）．
（4）得到的NiSO₄溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作可得到NiSO₄•6H₂O晶体，请回答：
①在进行蒸发浓缩操作时，加热到溶液表面形成晶体薄膜（描述实验现象），则停止加热．
②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，则应该回流到流程中的d位置．（填a、b、c、d）
③如果得到产品的纯度不够，则应该进行重结晶操作（填操作名称）．

Answer 1

分析 废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe等元素的化合物杂质），在硫酸溶解后过滤后除去不溶性物质，滤液Ⅰ含有二价铁离子、镍离子、锌离子等杂质，加入硫化钠可除去铜离子、锌离子，然后加H₂O₂是将二价铁氧化成三价铁，调节溶液PH使三价铁以氢氧化物的沉淀而除去，滤液Ⅲ含有可溶性硫酸盐，为Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸钠沉淀二价镍，过滤、洗涤，然后与硫酸反应生成NiSO₄晶体，
（1）FeS除去Cu²⁺的反应是沉淀的转化；
（2）①对滤液Ⅱ加H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化Fe³⁺；
②然后调pH沉淀Fe³⁺，Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，依据水解平衡常数Kh=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）c（Fe（OH）_{3}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）c（Fe（OH）_{3}）}{c（F{e}^{3+}）}$×（$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$）³=$\frac{（Kw）^{3}}{Ksp}$计算得到；
③依据铁离子遇到KSCN溶液呈红色设计实验检验是否除净；
（3）NiSO₄与Na₂CO₃反应生成NiCO₃沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，这样可提高NiSO₄的浓度，有利于蒸发结晶；
（4）①在进行蒸发浓缩操作时，当大量晶体析出时，停止加热；
②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，应该回流到流程中d中；
③产品的纯度不够需要重新溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体；

解答 解：废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe等元素的化合物杂质），在硫酸溶解后过滤后除去不溶性物质，滤液Ⅰ含有二价铁离子、镍离子、锌离子等杂质，加入硫化钠可除去铜离子、锌离子，然后加H₂O₂是将二价铁氧化成三价铁，调节溶液PH使三价铁以氢氧化物的沉淀而除去，滤液Ⅲ含有可溶性硫酸盐，为Na₂SO₄、NiSO₄，再加碳酸钠沉淀二价镍，过滤、洗涤，然后与硫酸反应生成NiSO₄晶体，
（1）FeS除去Cu²⁺的反应是沉淀的转化，即FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺；
故答案为：FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺；
（2）①对滤液Ⅱ加H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化Fe³⁺，加入H₂O₂的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2 H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2 H₂O；
②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe³⁺，Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，依据水解平衡常数Kh=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）c（Fe（OH）_{3}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）c（Fe（OH）_{3}）}{c（F{e}^{3+}）}$×（$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$）³=$\frac{（Kw）^{3}}{Ksp}$=$\frac{（1{0}^{-14}）^{3}}{2.8×1{0}^{-39}}$≈3.6×10^-4；
故答案为：3.6×10^-4；
③检验Fe³⁺是否除尽的操作和现象是用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若无颜色变化，则Fe³⁺已除净；
故答案为：用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若无颜色变化，则Fe³⁺已除净；
（3）NiSO₄与Na₂CO₃反应生成NiCO₃沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，这样可提高NiSO₄的浓度，有利于蒸发结晶；
故答案为：增大NiSO₄的浓度，利于蒸发结晶（或富集NiSO₄）；
（4）①在进行蒸发浓缩操作时，当大量晶体析出时或溶液表面形成晶体薄膜，停止加热；
故答案为：溶液表面形成晶体薄膜或者有大量晶体析出；
②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，应该回流到流程中d中循环使用，
故答案为：d；
③产品的纯度不够需要重新溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体，实验操作为重结晶；
故答案为：重结晶；

点评 本题考查物质的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．