Question

【題目】鐵、鎳及其化合物在工業上有廣泛的應用。從某礦渣[成分為NiFe2O4(鐵酸鎳)、NiO、FeO、CaO、SiO2等]中回收NiSO4的工藝流程如下：

已知(NH4)2SO4在350℃分解生成NH3和H2SO4，回答下列問題：

(1)“浸渣”的成分有Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，還含有___________(寫化學式)。

(2)礦渣中部分FeO焙燒時與H2SO4反應生成Fe2(SO4)3的化學方程式為_______________。

(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca2+(濃度為1．0×10-3mol·L-1)，當溶液中c(F-)=2．0×10-3mol·L-1時，除鈣率為______________[Ksp(CaF2)=4．0×10-11]。

(4)溶劑萃取可用于對溶液中的金屬離子進行富集與分離：。萃取劑與溶液的體積比(V0／VA)對溶液中Ni2+、Fe2+的萃取率影響如圖所示，V0／VA的最佳取值為______。在___________(填“強堿性”“強酸性”或“中性”)介質中“反萃取”能使有機相再生而循環利用。

(5)以Fe、Ni為電極制取Na2FeO4的原理如圖所示。通電后，在鐵電極附近生成紫紅色的FeO42-，若pH過高，鐵電極區會產生紅褐色物質。

①電解時陽極的電極反應式為________________，離子交換膜(b))為______(填“陰”或“陽”)離子交換膜。

②向鐵電極區出現的紅褐色物質中加入少量的NaClO溶液，沉淀溶解。該反應的離子方程式為_____。

Answer 1

【答案】SiO2 4FeO+6H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+6H2O 99% 0.25 強酸性 Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 陰 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O

【解析】

某礦渣的主要成分是NiFe2O4（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨研磨后，600℃焙燒，已知：（NH4）2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3，在90°C的熱水中浸泡過濾得到浸出液，加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液加入萃取劑得到無機相和有機相，無機相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機相循環使用，據此分析解答。

某礦渣的主要成分是NiFe2O4（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨研磨后，600°C焙燒，已知：（NH4）2SO4在350℃以上會分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙燒過程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3，在90°C的熱水中浸泡過濾得到浸出液，加入NaF除去鈣離子，過濾得到濾液加入萃取劑得到無機相和有機相，無機相通過一系列操作得到硫酸鎳，有機相循環使用。

（1）礦渣的主要成分是NiFe2O4（鐵酸鎳）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸銨加熱浸取后的浸渣為不反應和不溶于水的硫酸鈣和二氧化硅，“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，還含有SiO2；

(2)礦渣中部分FeO焙燒時與H2SO4及空氣中的氧氣反應生成Fe2(SO4)3和水，反應的化學方程式為4FeO+6H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+6H2O；

(3)當溶液中c(F-)=2．0×10-3mol·L-1時，Ksp(CaF2)=c(Ca2+)×c2(F-)= c(Ca2+)×(2．0×10-3mol·L-1)2=4．0×10-11，故c(Ca2+)=1．0×10-5mol/L，則除鈣率為99%；

(4)要求Fe2+萃取率最低，Ni2+的萃取率最高，根據圖象，最佳取值為0.25；在強酸性介質中“反萃取”能使有機相再生而循環利用；

（5）①電解時正極連接鐵電極，為陽極，陽極上失電子在堿性條件下反應生成FeO42-，電極反應式為Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O；離子交換膜(b))允許氫氧根離子向Ⅲ移動，為陰離子交換膜；

②向鐵電極區出現的紅褐色物質中加入少量的NaClO溶液，沉淀溶解。次氯酸鈉將氫氧化鐵氧化生成高鐵酸鈉，反應的離子方程式為2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O。