Question

【題目】一種磁性材料的磨削廢料(含鎳質量分數約為21%)的主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備純度較高的氫氧化鎳的工藝流程如下：

回答下列問題：

⑴合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，反應生成的氣體只有N2。寫出金屬鎳溶解的離子方程式：_______。

⑵“除鐵”時H2O2的作用是__________，為了證明添加的H2O2已足量，應選擇的試劑是__________(填“鐵氰化鉀”或“硫氰化鉀”)溶液。

⑶“除銅”時，反應的離子方程式為__________，若用Na2S代替H2S除銅，優點是__________。

⑷已知除雜過程在陶瓷容器中進行，NaF的實際用量為理論用量的1.1倍，用量不宜過大的原因是__________。

⑸鎳氫電池已成為混合動力汽車的主要電池類型，其工作原理如下：M + Ni(OH)2MH + NiOOH(式中M為儲氫合金),寫出電池放電過程中正極的電極反應式：__________。

⑹已知黃鈉鐵礬[NaxFey(SO4)m(OH)n]具有沉淀顆粒大、沉淀速率快、容易過濾等特點。某研究小組為測定黃鈉鐵礬的組成，進行了如下實驗：

步驟Ⅰ.稱取4.850g黃鈉鐵礬樣品，加鹽酸完全溶解后，配成100.00mL溶液A；

步驟Ⅱ.量取25.00mL溶液A，加入足量的KI，用0.2500 mol·L－1的Na2S2O3溶液進行滴定(反應為I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6 )，滴定至終點時消耗30.00mL Na2S2O3溶液。

步驟Ⅲ另取25.00mL溶液A，加足量BaCl2溶液充分反應后，過濾、洗滌、干燥后得沉淀1.165g。

①用Na2S2O3溶液進行滴定時，使用的指示劑為__________，滴定達到終點時的顏色變化為__________。

②黃鈉鐵礬的化學式為 __________。

Answer 1

【答案】5Ni+12H++2NO3－= 5Ni2++N2↑+6H2O 將Fe2+氧化為Fe3+ 鐵氰化鉀 H2S+Cu2+=CuS↓+2H+ 無易揮發污染性氣體H2S產生 過量的F－會生成氫氟酸腐蝕陶瓷容器 NiOOH + H2O + e－= Ni(OH)2 + OH－ 淀粉溶液 當溶液藍色恰好褪去，且半分鐘內不再恢復 NaFe3(SO4)2(OH)6

【解析】

⑴已知Ni難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還邊攪拌邊緩慢加入了稀硝酸生成N2和Ni2+；

⑵H2O2具有氧化性，“除鐵”時加入H2O2可將“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化為Fe3+；為證明添加的H2O2已足量，主要驗證亞鐵離子反應完全，選擇鐵氰化鉀溶液進行檢驗；

⑶據流程圖可知，“除銅”時加入的沉淀劑為H2S，用Na2S代替H2S除銅，不產生易揮發污染性氣體H2S；

⑷已知除雜過程在陶瓷容器中進行，除銅后的濾液應顯酸性，若NaF的用量過大，過量的F－會生成氫氟酸腐蝕陶瓷容器；

⑸鎳氫電池放電時，正極上NiOOH得電子發生還原反應，再寫出電極反應式；

⑹①滴定過程中，有碘單質參與反應，故應選擇淀粉溶液做指示劑；

②建立關系式先求出n(Fe3+)，再根據沉淀得出硫酸根的物質的量，再求出m(Na+)+m(OH－)質量，根據化合價代數和為0可得，得n(Na+)、n(OH－)，最后求出答案。

⑴已知Ni難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還邊攪拌邊緩慢加入了稀硝酸，反應有N2生成，則Ni溶解的離子方程式：5Ni+12H++2NO3－= 5Ni2++N2↑+6H2O；

故答案為：5Ni+12H++2NO3－= 5Ni2++N2↑+6H2O；

⑵H2O2具有氧化性，“除鐵”時加入H2O2可將“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化為Fe3+。為證明添加的H2O2已足量，可選擇鐵氰化鉀溶液進行檢驗：若H2O2用量不足，溶液中殘余的Fe2+會與鐵氰化鉀溶液反應產生藍色沉淀；反之可說明H2O2足量；

故答案為：將Fe2+氧化為Fe3+；鐵氰化鉀；

⑶據流程圖可知，“除銅”時加入的沉淀劑為H2S，對應的離子方程式為H2S+Cu2+=CuS↓ + 2H+；若用Na2S代替H2S除銅，不產生易揮發污染性氣體H2S；

故答案為：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+；不產生易揮發污染性氣體H2S；

⑷已知除雜過程在陶瓷容器中進行，且據流程圖可知除銅后的濾液應顯酸性，所以若NaF的用量過大，過量的F－會生成氫氟酸腐蝕陶瓷容器；

故答案為：過量的F－會生成氫氟酸腐蝕陶瓷容器；

⑸鎳氫電池放電時，正極上NiOOH得電子發生還原反應，電極反應式為NiOOH + H2O + e－= Ni(OH)2 + OH－；

故答案為：NiOOH + H2O + e－= Ni(OH)2 + OH－；

⑹①滴定過程中，有碘單質參與反應，故應選擇淀粉溶液做指示劑；滴定達到終點時的顏色變化為：溶液藍色恰好褪去，且半分鐘內不再恢復；

故答案為：淀粉溶液；當溶液藍色恰好褪去，且半分鐘內不再恢復；

②加入足量的KI，反應為2Fe3++2I－= 2Fe2++I2，根據I2＋2Na2S2O3＝2NaI＋Na2S4O6得出關系式為：Fe3+~Na2S2O3，則100.00mL中n(Fe3+)=0.25mol/L×0.03L×10 = 0.03mol；1.165g為硫酸鋇，則100.00mL中，則y：m=3：2，m(Fe3+)+m(SO42－) =1.68g+1.92g = 3.6g，m(Na+)+m(OH－)=4.850g－3.6g=1.25g，根據化合價代數和為0可得，n(Na+)+n(OH－)=0.07mol，解得n(Na+)=0.01mol，n(OH－) =0.06mol，則x：y：m：n=1:3:2:6，故黃鈉鐵礬的化學式為NaFe3(SO4)2(OH)6；

故答案為：NaFe3(SO4)2(OH)6。