Question

18．金属镍在电池和电镀等工业上具有广泛的用途，可镍也具有很强的毒性，若不进行回收处理，将对环境造成很大的影响，以下是以电镀废渣为原料获得NiSO₄•6H₂O的过程，已知，废渣中除含金属镍外，主要含有：Cu、Zn、Fe、Mg等元素的化合物．

部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表．

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）往废渣中加H₂SO₄酸浸，提高酸浸效率的方法有搅拌、升温、适当增加硫酸浓度、废渣粉碎等（至少写出2点）
（2）加Na₂S同时调溶液的pH为3，目的是除去铜、锌等杂质，则往滤液Ⅱ中加入H₂O₂的反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）操作Ⅰ包括以下过程：冷却、结晶、过滤、洗涤、干燥．该洗涤过程不能用水洗涤，应该用酒精洗涤，目的是既能洗涤沉淀表面残余的溶液又有利晶体的干燥并减少NiSO₄﹒6H₂O晶体的损失．干燥有低温干燥和高温干燥，能否用高温干燥否，理由是温度过高会使NiSO₄﹒6H₂O晶体失去部分或全部结晶水．
（4）滤液Ⅲ中加入NaOH溶液的目的是调节溶液的pH为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，常温下当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c（Mg²⁺）：c（Al³⁺）=2.5×10¹³．{已知：25℃时，K_SP[Mg（OH）₂]=5.0×10^-14；K_SP[Al（OH）₃]=2.0×10^-33}．

Answer 1

分析 根据流程图：废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Mg等元素的化合物杂质），在硫酸溶解后过滤后除去不溶于硫酸的杂质铜等，滤液含有二价铁离子、铜离子、锌离子、镁离子等杂质，加入硫化钠调节pH=3，根据表格信息可除去铜离子、锌离子，然后加H₂O₂是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH值使三价铁以氢氧化物的沉淀而除去，滤液Ⅲ加入NaOH溶液的目的是调节溶液的pH为8以除去Al³⁺以及少量的Mg²⁺，滤液Ⅳ含有可溶性硫酸盐，为Na₂SO₄、NiSO₄，经冷却结晶、过滤、洗涤，干燥得NiSO₄﹒6H₂O；
（1）提高酸浸效率，实质为加快反应速率，搅拌、升温、适当增加硫酸浓度、废渣粉碎等，可加快反应速率；
（2）滤液Ⅱ中加入H₂O₂的目的是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH值3.5使三价铁以氢氧化物的沉淀而除去；
（3）从溶液中得到晶体，可经过溶解、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作，NiSO₄﹒6H₂O晶体易溶于水，洗涤过程计算不能用水洗涤，应用酒精洗涤，温度过高会使NiSO₄﹒6H₂O晶体失去部分或全部结晶水；
（4）当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c（H⁺）=10^-8mol/L，计算出c（OH^-），根据25℃时，K_SP[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.0×10^-14计算出c（Mg²⁺），；K_SP[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）×c³（OH^-）=2.0×10^-33计算出c（Al³⁺），进一步计算出c（Mg²⁺）：c（Al³⁺）．

解答 解：根据流程图：废渣（除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Mg等元素的化合物杂质），在硫酸溶解后过滤后除去不溶于硫酸的杂质铜等，滤液含有二价铁离子、铜离子、锌离子、镁离子等杂质，加入硫化钠调节pH=3，根据表格信息可除去铜离子、锌离子，然后加H₂O₂是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH值3.5使三价铁以氢氧化物的沉淀而除去，滤液Ⅲ加入NaOH溶液的目的是调节溶液的pH为8以除去Al³⁺以及少量的Mg²⁺，滤液Ⅳ含有可溶性硫酸盐，为Na₂SO₄、NiSO₄，经冷却结晶、过滤、洗涤，干燥得NiSO₄﹒6H₂O；
（1）提高酸浸效率，根据影响反应速率的因素，搅拌、升温、适当增加硫酸浓度、废渣粉碎等，可加快反应速率，
故答案为：搅拌、升温、适当增加硫酸浓度、废渣粉碎等；
（2）滤液Ⅱ中加入H₂O₂的目的是将二价铁氧化成三价铁，再通过调节pH值3.5使三价铁以氢氧化物的沉淀而除去，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）从溶液中得到晶体，可经过溶解、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作，NiSO₄﹒6H₂O晶体易溶于水，洗涤过程计算不能用水洗涤，应用酒精洗涤，既能洗涤沉淀表面残余的溶液又有利晶体的干燥并减少NiSO₄﹒6H₂O晶体的损失；干燥应低温干燥，因温度过高会使NiSO₄﹒6H₂O晶体失去部分或全部结晶水，
故答案为：冷却结晶；酒精； 既能洗涤沉淀表面残余的溶液又有利晶体的干燥并 减少NiSO₄﹒6H₂O晶体的损失；否；温度过高会使NiSO₄﹒6H₂O晶体失去部分或全部结晶水；
（4）当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c（H⁺）=10^-8mol/L，计算出c（OH^-）=10^-6mol/L，根据25℃时，K_SP[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.0×10^-14计算出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计算出c（Al³⁺）=$\frac{2.0×1{0}^{-33}}{{（10}^{-6}）^{3}}$=2.0×10^-15mol/L，进一步计算出c（Mg²⁺）：c（Al³⁺）=2.5×10¹³；
故答案为：2.5×10¹³．

点评 本题考查物质的分离提纯的实验方案的设计及K_SP的相关计算，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，题目难度中等，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．