Question

“翠矾”(NiSO₄·7H₂O)在印染工业作媒染剂，生产酞菁艳蓝络合剂；氟镍化钾(K₂NiF₄)是结构化学研究的热点物质。以镍废渣(主要成分为Ni，含少量Fe、Al、Fe₃O₄、Al₂O₃和不溶性杂质等)为原料合成“翠矾”和氟镍化钾的流程如下：

几种金属离子的氢氧化物沉淀pH如下：

请回答下列问题：

(1)翠矾、绿矾、明矾、蓝矾等“矾类”都含有______元素(填元素符号)。pH＝a的范围为___________。

(2)“转化”过程中一定体积和浓度的双氧水，“转化率”与温度关系如图1所示。温度高于40℃，转化率急速降低的原因可能是______。空气可以替代双氧水，空气的作用是______(用离子方程式表示)。

(3)NiSO₄和NH₄HCO₃溶液生成NiCO₃，其离子方程式为___________。

(4)灼烧NiCO₃和NH₄F以物质的量之比为1：1组成的混合物时，为避免污染环境，选择下列装置吸收尾气，最宜选择___________。(填选项)

(5)已知常温下，K_sp(NiCO₃)＝1.42×10^－7。分离NiCO₃时滤液中c(Ni^2＋)≤1.0×10^－5 mol·L^－1时，c(CO)≥___________mol·L^－1。

(6)准确称取ω g翠矾晶体产品于锥形瓶中，加入足量的蒸馏水溶解配成250 mL溶液，取20.00 mL所配溶液于锥形瓶，用c mol·L^－1的标准溶液EDTA(Na₂H₂Y)滴定至终点(发生Ni^2＋＋H₂Y^2－＝NiY^2－＋2H^＋)，三次实验消耗标准液的体积分别为20.02 mL、19.98 mL、19.50 mL，则翠矾的纯度为___________%(只列计算式，不考虑杂质反应)。

Answer

S、O、H 3.7≤a＜7.1 温度过高，双氧水分解速率加快 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O Ni2++2HCO3-=NiCO3↓+CO2↑+H2O C 1.42×10-2

【解析】

先用NaOH溶液溶解镍废渣，除去可溶于NaOH的Al和Al2O3，过滤后的滤渣再用稀硫酸溶解，过滤除去不溶于酸的不溶性杂质固体，滤液中含有Fe2+、Ni2+和Fe3+，加入双氧水将溶液中的Fe2+完全氧化为Fe3+，再加入NiO调节溶液pH，使Fe3+完全沉淀为Fe(OH)3，过滤后所得NiSO4溶液，调节pH=2后，蒸发浓缩并冷却结晶、过滤、洗涤后得到NiSO4·7H2O；或在NiSO4溶液中加入NH4HCO3，获得NiCO3沉淀，并灼烧NiCO3和NH4F以物质的量之比为1：1组成的混合物获得NiF3，最后与KF一起加热熔融即可得到K2NiF4。

(1)绿矾成分为FeSO4·7H2O，蓝矾成分为CuSO4·5H2O，明矾成分是KAl(SO4)2·12H2O等，都含硫、氧、氢元素。观察表格数据和流程图，调节溶液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)双氧水既能氧化Fe2+，同时双氧水也可能会分解，当温度低于40℃时氧化Fe2+为主，高于40℃时自身分解为主，导致氧化Fe2+的双氧水浓度降低，反应减慢，Fe2+转化率降低；空气中O2在酸性条件下氧化Fe2+生成Fe3+，发生反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；

(3)HCO3-在水中存在电离和水解，NiCO3溶解度小，促进HCO3-电离为主，生成的氢离子与HCO3-反应生成CO2和H2O，反应过程为Ni2++2HCO3-=NiCO3↓+CO2↑+H2O；

(4)碳酸镍和氟化铵共热生成NiF2和NH3、CO2、H2O，尾气中NH3污染环境，而吸收氨气又要防倒吸，氨气的水溶液显碱性，碱石灰可以干燥氨气，不能吸收氨气，则应选择硫酸溶液吸收氨气，而不选择NaOH溶液吸收，故选择C装置吸收；

(5)根据溶度积计算，c(CO32-)==mol/L=1.42×10-2mol/L；

(6)NiSO4·7H2O的摩尔质量为281g/mol，舍去误差明显偏大的数据19.50mL，消耗EDTA溶液平均体积为20.00mL，产品的纯度为=%。