Question

【題目】以紅土鎳礦(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)為原料，獲取凈水劑黃鈉鐵礬[NaFe(SO4)2(OH)6]和納米鎳粉的部分工藝流程如下：

（1）“酸浸”過程，為提高鐵和鎳元素的浸出率，可采取的措施有___________(寫出兩種)。

（2）“過濾Ⅰ”濾渣的主要成分是______。

（3）“氧化”過程欲使0.3molFe2+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Fe3+，則需氧化劑NaClO至少為________ mol。

（4）“沉鐵”過程中加入碳酸鈉調(diào)節(jié)浴液的pH至2，生成黃鈉鐵礬沉淀，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式______。若碳酸鈉過多會(huì)導(dǎo)致生成的沉淀由黃鈉鐵礬轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>_____(填化學(xué)式)。

（5）向“過濾Ⅱ”所得濾液(富含Ni2+)中加入N2H4·H2O，在不同濃度的氫氧化鈉溶液中反應(yīng)，含鎳產(chǎn)物的XRD圖譜如下圖所示(XRD圖譜可用于判斷某晶態(tài)物質(zhì)是否存在，不同晶態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)衍射峰的衍射角不同)。欲制得高純納米鎳粉最適宜的NaOH的物質(zhì)的量濃度為_____。寫出該條件下制備納米鎳粉同時(shí)生成N2的離子方程式_____。

（6）高鐵酸鹽也是一種優(yōu)良的含鐵凈水劑，J．C．Poggendor早在1841年利用純鐵作電極插入濃的NaOH溶液電解制得Na2FeO4，陽極生成FeO42－的電極反應(yīng)式為______；Deininger等對其進(jìn)行改進(jìn)，在陰、陽電極間設(shè)置陽離子交換膜，有效提高了產(chǎn)率，陽離子交換膜的作用是_______。

Answer 1

【答案】提高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增大硫酸濃度、將原料粉碎、攪拌等（任答兩條） SiO2 0.15 2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑ Fe(OH)3 0.015mol/L N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O) Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 避免FeO42-在陰極上被還原

【解析】

（1）依據(jù)提高原料利用率與化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素作答；

（2）紅土鎳礦中只有二氧化硅不溶于硫酸；

（3）依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律與得失電子數(shù)守恒計(jì)算；

（4）加入碳酸鈉“沉鐵”生成NaFe(SO4)2(OH)6，依據(jù)元素守恒定律書寫化學(xué)方程式；碳酸鈉過多會(huì)使溶液顯堿性，據(jù)此分析；

（5）根據(jù)圖示信息，找出Ni晶體的衍射峰強(qiáng)度較強(qiáng)對應(yīng)的氫氧化鈉的濃度；依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律分析作答；

（6）根據(jù)電解原理以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>Fe作陽極，電解質(zhì)為NaOH，陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeO42-；陽離子交換膜可防止FeO42-在陰極被還原，提高了產(chǎn)率。

（1）可通過提高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增大硫酸濃度、將原料粉碎、攪拌等提高鐵和鎳元素的浸出率，

故答案為：提高反應(yīng)溫度、適當(dāng)增大硫酸濃度、將原料粉碎、攪拌等（任答兩條）；

（2）Fe2O3、FeO、NiO、SiO2經(jīng)過“酸浸”后，溶液存在Fe3+、Fe2+和Ni2+,只有SiO2不溶于硫酸，作為濾渣被過濾出來，

故答案為：SiO2；

（3）NaClO做氧化劑會(huì)將Fe2+氧化為Fe3+，Cl元素由+1價(jià)降低到-1價(jià)，則易知2Fe2+NaClO，則0.3molFe2+轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Fe3+，則需氧化劑NaClO至少為0.15 mol，

故答案為：0.15；

（4）NaClO氧化后，溶液中溶質(zhì)為Fe2(SO4)3，繼續(xù)在“沉鐵”過程中加入碳酸鈉調(diào)節(jié)浴液的pH至2，生成黃鈉鐵礬沉淀，則化學(xué)方程式為：2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑，碳酸鈉過多，溶液酸性減弱，使pH增大，極易生成Fe(OH)3沉淀，

故答案為：2Fe2(SO4)3+6Na2CO3+6H2O=2NaFe(SO4)2(OH)6+5Na2SO4+6CO2↑；Fe(OH)3；

（5）根據(jù)圖示數(shù)據(jù)可以看出，氫氧化鈉濃度為0.015mol/L時(shí)，僅出現(xiàn)Ni衍射峰，因此制得高純納米鎳粉最適宜的NaOH的物質(zhì)的量濃度為0.015mol/L，則堿性條件下制備納米鎳粉同時(shí)生成N2的離子方程式為：N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O)，

故答案為：0.015；N2H4·H2O+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+5H2O(或N2H4+2Ni2++4OH-=2Ni+N2↑+4H2O)；

（6）根據(jù)電解原理以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>Fe作陽極，電解質(zhì)為NaOH，因此陽極反應(yīng)式為Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O；陽離子交換膜只允許陽離子通過，FeO42－具有強(qiáng)氧化性，因此陽離子交換膜的作用是避免FeO42－在陰極上被還原；

故答案為：Fe－6e－＋8OH－=FeO42－＋4H2O；避免FeO42-在陰極上被還原。