人教版高中化学大题优练5 除杂提纯类工艺流程 教师版.docx

除杂提纯类工艺流程
大题优练5
优选例题
例1：一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸溶”时，溶液中有Fe3+、Fe2+、Ni2+等生成，废渣的主要成分是_______；金属镍溶解的离子方程式为___________________。
(2)“除铁”时H2O2的作用是________________，加入碳酸钠的目的是__________________
_____________________。
(3)“除铜”时，反应的离子方程式为_______，若用Na2S代替H2S除铜，优点是_______。
(4)已知除钙镁过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量不能过多的理由为________________。
(5)已知常温下Ksp[Ni(OH)2]=2.0×10−15，该流程在“沉镍”过程中，需调节溶液pH约为_______时，Ni2+才刚好沉淀完全(离子沉淀完全的浓度≤1.0×10−5mol/L；lg2=0.30)。
(6)100kg废料经上述工艺制得Ni(OH)2固体的质量为31kg，则镍回收率为_______(列式即可)。
(7)镍氢电池已成为混合动力汽车的主要电池类型，其工作原理如下：M+Ni(OH)2HM+NiOOH(式中M为储氢合金)。写出电池放电过程中正极的电极反应式___________________。
【答案】（1）SiO2 5Ni+12H++2NO=5Ni2++N2↑+6H2O
将Fe2+氧化为Fe3+ 调节溶液的pH，使Fe3+完全沉淀为黄钠铁矾渣
H2S+Cu2+=CuS↓+2H+ 无易挥发的有毒气体H2S逸出，可保护环境
过量的F−与溶液中H+结合生成氢***酸会腐蚀陶瓷容器
9.15
×100%
NiOOH+H2O+e−=Ni(OH)2+OH−
【解析】废料的主要成分是铁镍合金，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物，酸溶后过滤，得到的滤液中含有Fe3+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Ca2+、Mg2+等，二氧化硅不与酸反应，废渣为二氧化硅，“除铁”时加入H2O2可将Fe2+氧化为Fe3+，加入碳酸钠可调节溶液的pH，使Fe3+完全沉淀为黄钠铁矾渣；“除铜”时，通入H2S气体，生成CuS沉淀，除去Cu2+；加入NaF，生成CaF2、MgF2沉淀，除去Ca2+、Mg2+，滤液中加入氢氧化钠生成Ni(OH)2沉淀，过滤得到Ni(OH)2固体。（1）“酸溶”时，硅的氧化物与硫酸和***均不反应，故废渣的主要成分为SiO2；“酸溶”时加入的是混酸，金属镍溶解时，Ni与***发生氧化还原反应，离子方程式为5Ni+12H++2NO=5Ni2++N2↑+6H2O；(2)“酸溶”后所得溶液中含有Fe3+、Fe2+，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3+完全沉淀为黄钠铁矾渣；(3)“除铜”时通入H2S，将Cu2+沉淀，反应的离子方程式为H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，H2S为易挥发有毒气体，若用Na2S代替H2S除铜，可保护环境；(4)“除铜”时生成CuS和H+，溶液酸性增强，加入NaF除钙镁，若NaF的实际用量过多，则有HF生成，HF会腐蚀陶瓷容器；(5)Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2+)·c2(OH−)＝2.0×10−15，则c(OH−)＝(×10−5)mol·L−1，c(H+)＝(×10−9)mol·L−1，pH＝-lgc(H+)≈9.15，故该流程在“沉镍”过程中，需调节溶液pH约为9.15时，Ni2+才刚好沉淀完全；(6)100 kg废料经上述工艺制得Ni(OH)2固体的质量为31kg，则镍回收率×100%；(7)电池放电过程中NiOOH在正极得电子生成Ni(OH)2，电极反应式为：NiOOH+H2O+e−=Ni(OH)2+OH−。
模拟优练
1．工业上，以铁质镍矿(除NiO外，还含有Fe2O3、FeO、SiO2等杂质)和镁质镍矿(除NiO外，还含有MgO、CaO、SiO2等杂质)为原料炼镍的流程如下图：
回答下列问题：
(1)滤渣1主要成分的化学式为___________，“转化”操作中加入H2O2的目的是_______。
(2)中和沉铁步骤中，不仅有Fe(OH)3沉淀，同时还产生Fe(OH)3胶体，导致c(Ni2+)明显降低，原因是_____