Question

【題目】“翠礬”(NiSO4·7H2O)在印染工業作媒染劑，生產酞菁艷藍絡合劑；氟鎳化鉀(K2NiF4)是結構化學研究的熱點物質。以鎳廢渣(主要成分為Ni，含少量Fe、Al、Fe3O4、Al2O3和不溶性雜質等)為原料合成“翠礬”和氟鎳化鉀的流程如下：

幾種金屬離子的氫氧化物沉淀pH如下：

請回答下列問題：

(1)翠礬、綠礬、明礬、藍礬等“礬類”都含有______元素(填元素符號)。pH＝a的范圍為___________。

(2)“轉化”過程中一定體積和濃度的雙氧水，“轉化率”與溫度關系如圖1所示。溫度高于40℃，轉化率急速降低的原因可能是______。空氣可以替代雙氧水，空氣的作用是______(用離子方程式表示)。

(3)NiSO4和NH4HCO3溶液生成NiCO3，其離子方程式為___________。

(4)灼燒NiCO3和NH4F以物質的量之比為1：1組成的混合物時，為避免污染環境，選擇下列裝置吸收尾氣，最宜選擇___________。(填選項)

(5)已知常溫下，Ksp(NiCO3)＝1.42×10－7。分離NiCO3時濾液中c(Ni2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1時，c(CO)≥___________mol·L－1。

(6)準確稱取ω g翠礬晶體產品于錐形瓶中，加入足量的蒸餾水溶解配成250 mL溶液，取20.00 mL所配溶液于錐形瓶，用c mol·L－1的標準溶液EDTA(Na2H2Y)滴定至終點(發生Ni2＋＋H2Y2－＝NiY2－＋2H＋)，三次實驗消耗標準液的體積分別為20.02 mL、19.98 mL、19.50 mL，則翠礬的純度為___________%(只列計算式，不考慮雜質反應)。

Answer 1

【答案】S、O、H 3.7≤a＜7.1 溫度過高，雙氧水分解速率加快 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O Ni2++2HCO3-=NiCO3↓+CO2↑+H2O C 1.42×10-2

【解析】

先用NaOH溶液溶解鎳廢渣，除去可溶于NaOH的Al和Al2O3，過濾后的濾渣再用稀硫酸溶解，過濾除去不溶于酸的不溶性雜質固體，濾液中含有Fe2+、Ni2+和Fe3+，加入雙氧水將溶液中的Fe2+完全氧化為Fe3+，再加入NiO調節溶液pH，使Fe3+完全沉淀為Fe(OH)3，過濾后所得NiSO4溶液，調節pH=2后，蒸發濃縮并冷卻結晶、過濾、洗滌后得到NiSO4·7H2O；或在NiSO4溶液中加入NH4HCO3，獲得NiCO3沉淀，并灼燒NiCO3和NH4F以物質的量之比為1：1組成的混合物獲得NiF3，最后與KF一起加熱熔融即可得到K2NiF4。

(1)綠礬成分為FeSO4·7H2O，藍礬成分為CuSO4·5H2O，明礬成分是KAl(SO4)2·12H2O等，都含硫、氧、氫元素。觀察表格數據和流程圖，調節溶液pH的目的是除去Fe3+，使Fe3+完全沉淀，不使Ni2+沉淀，即3.7≤a＜7.1；

(2)雙氧水既能氧化Fe2+，同時雙氧水也可能會分解，當溫度低于40℃時氧化Fe2+為主，高于40℃時自身分解為主，導致氧化Fe2+的雙氧水濃度降低，反應減慢，Fe2+轉化率降低；空氣中O2在酸性條件下氧化Fe2+生成Fe3+，發生反應的離子方程式為4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；

(3)HCO3-在水中存在電離和水解，NiCO3溶解度小，促進HCO3-電離為主，生成的氫離子與HCO3-反應生成CO2和H2O，反應過程為Ni2++2HCO3-=NiCO3↓+CO2↑+H2O；

(4)碳酸鎳和氟化銨共熱生成NiF2和NH3、CO2、H2O，尾氣中NH3污染環境，而吸收氨氣又要防倒吸，氨氣的水溶液顯堿性，堿石灰可以干燥氨氣，不能吸收氨氣，則應選擇硫酸溶液吸收氨氣，而不選擇NaOH溶液吸收，故選擇C裝置吸收；

(5)根據溶度積計算，c(CO32-)==mol/L=1.42×10-2mol/L；

(6)NiSO4·7H2O的摩爾質量為281g/mol，舍去誤差明顯偏大的數據19.50mL，消耗EDTA溶液平均體積為20.00mL，產品的純度為=%。