Question

以红土镍矿(主要含有Fe₂O₃、FeO、NiO、SiO₂等)为原料，获取净水剂黄钠铁矾[Na_xFe_y(SO₄)_m(OH)_n]和高纯纳米镍粉的部分工艺流程如下：

（资料）①黄钠铁矾受热分解会生成Na₂SO₄、Fe₂O₃和两种非金属氧化物。

②二价铁元素可被氧化为三价铁元素

（1）“酸浸”过程中，Fe₂O₃发生反应的化学方程式为________。“过滤I”得到的滤渣要进行洗涤的原因是________。实验室中进行过滤操作时用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和_________。玻璃棒的作用________。

（2）“沉铁”时，时间和溶液的pH对沉铁的影响如图，你认为应该选择的时间为______h,pH为________。

（3）由黄钠铁矾的名称可知其中铁元素的化合价为_________。用于判断黄钠铁矾是否洗涤干净的试剂是________。

（4）向“过滤Ⅱ”所得的滤液（富含Ni²⁺）中加入N₂H₄·H₂O（水合肼），在不同浓度的氢氧化钠溶液中反应，含镍产物的XRD图谱如下图所示（XRD图谱可用于判断某固态物质是否存在，不同固态物质出现衍射峰的衍射角不同）。欲制得高纯纳米镍粉，最适宜的NaOH的质量分数为________。

（5）纳米镍粉可用于制造镍氢电池。镍氢电池是可充电电池中最安全，最稳定，性价比最好的绿色环保电池。镍氢电池在工作时，可将_______能转变为电能。

（6）某研究小组为测定黄钠铁矾的组成，进行了如下实验：

①将一定质量的黄钠铁矾加热使其完全分解。然后将所得固体物质溶于足量水，过滤、洗涤、烘干得到9.60g固体，将滤液蒸干得到2.84g固体（不含结晶水）。

②将等质量的黄钠铁矾加盐酸完全溶解后，再加入足量BaCl₂溶液，经过滤、洗涤、干燥等操作后得到白色沉淀物18.64g。

试通过计算确定黄钠铁矾的化学式_______（要写出计算过程）

Answer

提高原料的利用率 漏斗 引流 4 2.5 +3 氯化钡溶液 c% 化学 NaFe3(SO4)2(OH)6

【解析】

（1）氧化铁和稀硫酸反应生成硫酸铁和水，该反应的化学方程式为：；

滤渣中会残留好多可溶性物质，如硫酸铁、硫酸亚铁等，洗涤，可以将这些物质回收，提高原料的利用率，故“过滤I”得到的滤渣要进行洗涤的原因是：提高原料的利用率；

过滤用到的玻璃仪器有：烧杯、漏斗、玻璃棒；玻璃棒的作用是：引流：

（2）由图可知，4h时，沉铁率达到最高，之后变化不大，Ph2.5时，沉铁率最高，故应选择的时间为4h；pH为2.5；

（3））铁元素通常显+2价、+3价，由黄钠铁矾的名称可知其中铁元素的化合价为+3价；

由图可知，“酸浸”时加入了硫酸，故溶液中存在硫酸根离子，硫酸根离子能与钡离子结合生成硫酸钡沉淀，故用于判断黄钠铁矾是否洗涤干净的试剂是：氯化钡，取最后一次洗涤液，加入氯化钡溶液，如产生白色沉淀，说明未洗干净；

（4）由图可知，氢氧化钠的浓度为c%时，镍的含量最高，故最适宜的NaOH的质量分数为c%；

（5）镍氢电池在工作时，通过化学反应产生电能，故可将化学能转变为电能；

（6）①黄钠铁矾受热分解会生成Na2SO4、Fe2O3和两种非金属氧化物，根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类不变，反应物中含Na、Fe、S、O、H，生成物中也应含Na、S、Fe、O、H，还生成了两种非金属氧化物，根据反应物中所含元素，故生成的两种非金属氧化物是二氧化硫和水，故将一定质量的黄钠铁矾加热使其完全分解。然后将所得固体物质溶于足量水，过滤、洗涤、烘干得到9.60g固体，由于氧化铁不溶于水，故得到的9.60g固体是氧化铁，将滤液蒸干得到2.84g固体，该固体是硫酸钠，根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的质量不变，故氧化铁中铁元素的质量与黄钠铁矾中铁元素的质量相同，硫酸钠中钠元素的质量与黄钠铁矾中钠元素的质量相同；

故氧化铁中铁元素的质量为：；

硫酸钠中钠元素的质量为：

故钠元素与铁元素的质量比为：23x：56y=0.92g：6.72g，x：y=1:3；

②将等质量的黄钠铁矾加盐酸完全溶解后，再加入足量BaCl2溶液，钡离子能与硫酸根离子结合生成硫酸钡沉淀，经过滤、洗涤、干燥等操作后得到白色沉淀物18.64g，故生成的白色沉淀物是硫酸钡沉淀，故硫酸钡中硫酸根离子的质量与黄钠铁矾中硫酸根离子的质量相等，故硫酸钡中硫酸根离子的质量为：

钠与硫酸根的质量比为：23x：96m=0.92g：7.68g，x：m=1:2

故黄钠铁矾的化学式为：NaFe3(SO4)2(OH)n，钠元素显+1价，铁元素显+3价，硫酸根离子显-2价，氢氧根离子显-1价，根据化合物中，正、负化合价的代数和为零，可得：（+1）+（+3）×3+（-2）×2+（-1）n=0，n=6，故黄钠铁矾的化学式为：NaFe3(SO4)2(OH)6。