微专题3 工艺流程图中杂质Fe2+和Fe3+的处理-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（word教师用书）

微专题3　工艺流程图中杂质Fe2+和Fe3+的处理 【核心归纳】 金属阳离子分离提纯中Fe2+、Fe3+的处理方法 化工流程题中经常涉及阳离子的分离与除杂，若其他金属阳离子中混有Fe3+、Fe2+，需调节溶液的pH，使Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀而除去，但原溶液中的金属阳离子不能形成沉淀。 具体方法如下： (1)除去Zn2+（或Cu2+）中混有Fe3+的方法向混合溶液中加入ZnO、ZnCO3、Zn(OH)2[或CuO、CuCO3、Cu(OH)2、Cu(OH)2CO3]中的一种，与Fe3+水解产生的H＋反应，促进Fe3+的水解，将Fe3+转化成Fe(OH)3沉淀而除杂。 (2)除去Zn2+（或Cu2+）中混有的Fe2+的方法 先加入氧化剂（如H2O2）将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+，然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe3+。 【典例】　（2020·全国卷Ⅲ）某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)： 溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示： 金属离子 Ni2+ Al3+ Fe3+ Fe2+ 开始沉淀时（c＝0.01 mol·L-1）的pH 7.2 3.7 2.2 7.5 沉淀完全时（c＝1.0×10-5 mol·L-1）的pH 8.7 4.7 3.2 9.0 回答下列问题： (1)“滤液②”中含有的金属离子是　　　　。 (2)“转化”中可替代H2O2的物质是　　　　。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即 ，“滤液③”中可能含有的杂质离子为____________。 (3)利用上述表格数据，计算Ni（OH）2的Ksp=______________________（列出计算式）。如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol·L-1，则“调pH”应控制的pH范围是________________。 答案　(1)Ni2+、Fe2+、Fe3+ (2)O2或空气　Fe3+ (3)c (Ni2+)·c2(OH-)＝1.0×10-5× (1×10-5.3)2=1×10-15.63.2～6.2 解析　由工艺流程分析可得，向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并将Al及其氧化物溶解，得到的滤液①含有NaAlO2，滤饼①为Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性杂质，加稀硫酸酸浸后得到含有Ni2+、Fe2+、Fe3+的滤液②，Fe2+经H2O2氧化为Fe3+后，加入NaOH调节pH使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去，再控制pH浓缩结晶得到硫酸镍的晶体。(3)由上述表格可知，Ni2+完全沉淀时的pH=8.7，此时c (Ni2+)=1.0×10-5 mol/L，c (H+)=1.0-8.7 mol/L，则c (OH-)= =1×10-5.3 mol/L，则Ni(OH)2的Ksp＝c (Ni2+)·c2(OH-)＝1×10-15.6，如果“转化”后的溶液中Ni2+浓度为1.0 mol/L，为避免镍离子沉淀，Ksp＝c (Ni2+)·c2(OH-)，c2(OH-)=＝1×10-15.6，此时c (OH-)＝1×10-7.8 8 mol/L，则c (H+)＝1.0×10-6.2 mol/L，即pH=6.2；Fe3+完全沉淀的pH为3.2，因此“调节pH”应控制的pH范围是3.2~6.2。 规律方法 工艺流程中把Fe2+氧化成Fe3+的方法 金属阳离子（如Zn2+、Cu2+等）中混有Fe2+时，需把Fe2+氧化为Fe3+，然后调节pH把Fe3+转化为Fe(OH)3除去，把Fe2+氧化成Fe3+，要求选用的氧化剂既能把Fe2+氧化成Fe3+，又不能引入新的杂质，常用的氧化剂有：H2O2、O3或O2。,①若原溶液是金属氯化物（如ZnCl2、CuCl2）则可以用Cl2或氯水作氧化剂。,②若用NaOH、氨水等碱性溶液调节溶液的pH至弱碱性或中性，此时MnO的还原产物是MnO2，故可以选用KMnO4作氧化剂。, 【专题精练】 1.若利用硫铁矿焙烧取硫后的废渣（主要成分为Fe2O3、SiO2、Al2O3，不考虑其他杂质）制取FeSO4·7H2O，设计了如下流程： 下列说法错误的是(　D　) A．溶解废渣选用的酸是稀硫酸，试剂X选用铁粉 B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al3+转化为Al(OH)3，进入固体2 C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，必须控制条件防止其被氧化和分解 D．若改变方案，在溶液1中直接加入NaOH溶液至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O 解析：流程设计意图是用硫酸把Fe2O3、Al2O3转化为硫酸盐，除去SiO2，然后用试剂X（铁粉）还原Fe3+得到硫酸亚铁，A正确；分离FeSO4和Al2(SO4)3采用的是调控pH的方法，使Al3+转化为Al(OH)3沉淀从而与FeSO4分离，B正确；Fe2+容易被氧化，所以在制备FeSO4，7H2O产品的过程中，要防止其被氧化和分解，C正确；在溶液1中直接加过量的NaOH得到的是Fe(OH)3沉淀，沉淀经溶解、结晶分离得到Fe2(SO4)3，D不正确。 2．Ce2(CO3)3可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中，铈(Ce)主要以CePO4形式存在，还含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaF2等物质。以独居石为原料制备Ce2(CO3)3·nH2O的工艺流程如图： 回答下列问题： (1)流程中“聚沉”加入氧化镁的作用是　调节溶液的pH，使溶液中的Al3+和Fe3+生成对应的氢氧化物沉淀而除去　。 (2)滤渣Ⅲ的主要成分是　Fe(OH)3、Al(OH)3　（填化学式）。 (3)加入絮凝剂的目的是　吸附沉淀，使沉淀颗粒变大　。 解析：(1)“聚沉”加入氧化镁的作用是与溶液中的氢离子反应，调节溶液的pH＝5，使溶液中的Al3+和Fe3+生成对应的氢氧化物沉淀除去；(2)依据流程分析，氧化镁调节pH＝5，加絮凝剂聚沉，溶液中的Al3+和Fe3+生成对应的氢氧化物沉淀除去，对应的滤渣Ⅲ为Fe(OH)3、Al(OH)3；(3)加入絮凝剂，吸附沉淀，使沉淀颗粒变大，便于过滤除去。 学科网（北京）股份有限公司 $$