Question

铁、镍及其化合物在工业上有广泛的应用。从某矿渣[成分为NiFe₂O₄(铁酸镍)、NiO、FeO、CaO、SiO₂等]中回收NiSO₄的工艺流程如下：

已知(NH₄)₂SO₄在350℃分解生成NH₃和H₂SO₄，回答下列问题：

(1)“浸渣”的成分有Fe₂O₃、FeO(OH)、CaSO₄外，还含有___________(写化学式)。

(2)矿渣中部分FeO焙烧时与H₂SO₄反应生成Fe₂(SO₄)₃的化学方程式为_______________。

(3)向“浸取液”中加入NaF以除去溶液中Ca²⁺(浓度为1．0×10^-3mol·L^-1)，当溶液中c(F^-)=2．0×10^-3mol·L^-1时，除钙率为______________[K_sp(CaF₂)=4．0×10^-11]。

(4)溶剂萃取可用于对溶液中的金属离子进行富集与分离：。萃取剂与溶液的体积比(V₀／V_A)对溶液中Ni²⁺、Fe²⁺的萃取率影响如图所示，V₀／V_A的最佳取值为______。在___________(填“强碱性”“强酸性”或“中性”)介质中“反萃取”能使有机相再生而循环利用。

(5)以Fe、Ni为电极制取Na₂FeO₄的原理如图所示。通电后，在铁电极附近生成紫红色的FeO₄^2-，若pH过高，铁电极区会产生红褐色物质。

①电解时阳极的电极反应式为________________，离子交换膜(b))为______(填“阴”或“阳”)离子交换膜。

②向铁电极区出现的红褐色物质中加入少量的NaClO溶液，沉淀溶解。该反应的离子方程式为_____。

Answer

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

【解析】

某矿渣的主要成分是NiFe2O4（铁酸镍）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸铵研磨后，600℃焙烧，已知：（NH4）2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3，在90°C的热水中浸泡过滤得到浸出液，加入NaF除去钙离子，过滤得到滤液加入萃取剂得到无机相和有机相，无机相通过一系列操作得到硫酸镍，有机相循环使用，据此分析解答。

某矿渣的主要成分是NiFe2O4（铁酸镍）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸铵研磨后，600°C焙烧，已知：（NH4）2SO4在350℃以上会分解生成NH3和H2SO4。NiFe2O4在焙烧过程中生成NiSO4、Fe2（SO4）3，在90°C的热水中浸泡过滤得到浸出液，加入NaF除去钙离子，过滤得到滤液加入萃取剂得到无机相和有机相，无机相通过一系列操作得到硫酸镍，有机相循环使用。

（1）矿渣的主要成分是NiFe2O4（铁酸镍）、NiO、FeO、CaO、SiO2等，加入硫酸铵加热浸取后的浸渣为不反应和不溶于水的硫酸钙和二氧化硅，“浸渣”的成分除Fe2O3、FeO(OH)、CaSO4外，还含有SiO2；

(2)矿渣中部分FeO焙烧时与H2SO4及空气中的氧气反应生成Fe2(SO4)3和水，反应的化学方程式为4FeO+6H2SO4+O2=2Fe2(SO4)3+6H2O；

(3)当溶液中c(F-)=2．0×10-3mol·L-1时，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，则除钙率为99%；

(4)要求Fe2+萃取率最低，Ni2+的萃取率最高，根据图象，最佳取值为0.25；在强酸性介质中“反萃取”能使有机相再生而循环利用；

（5）①电解时正极连接铁电极，为阳极，阳极上失电子在碱性条件下反应生成FeO42-，电极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O；离子交换膜(b))允许氢氧根离子向Ⅲ移动，为阴离子交换膜；

②向铁电极区出现的红褐色物质中加入少量的NaClO溶液，沉淀溶解。次氯酸钠将氢氧化铁氧化生成高铁酸钠，反应的离子方程式为2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-=2FeO42-+3Cl-+5H2O。