Question

17．已知草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）難溶于水，工業(yè)上從廢鎳催化劑（成分主 要是Ni，含有一定量的Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等）制備草酸鎳晶體的流程如圖所示：

已知：①相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如表：

金屬離子	Fe3+	Fe2+	Al3+	Ni2+
開(kāi)始沉淀的pH	1.1	5.8	3.0	6.8
完全沉淀的pH	3.2	8.8	5.0	9.5

②K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10
③當(dāng)某物質(zhì)模擬高度小于1.0×10^-5mol．L^-1時(shí)，視為完全沉淀．
（1）請(qǐng)寫(xiě)出一種能提高酸浸速率的措施把廢鎳催化劑粉碎或適當(dāng)加熱、適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌等．
（2）試劑a是一種綠色氧化劑，寫(xiě)出“氧化”時(shí)反應(yīng)的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）pH的調(diào)控范圍為5.0～6.8，試用化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)知識(shí)解釋濾渣Ⅱ的生成．5.6～6.8
（4）寫(xiě)出“沉鎳”時(shí)反應(yīng)的離子方程式Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，證明Ni²⁺已經(jīng)沉淀完全的實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象是取上層清液，繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無(wú)沉淀生成，
（5）操作a的內(nèi)容為過(guò)濾、洗滌、干燥．

Answer 1

分析 廢鎳催化劑（成分主要為Ni，含有一定量的Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等），用硫酸溶解，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，過(guò)濾得到濾液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及過(guò)量的硫酸，試劑a是一種綠色氧化劑，所以加入a的是H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入Ni（HO）₂調(diào)節(jié)pH，使pH大于5.0小于6.8，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀、Al³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，過(guò)濾除去，濾液中含有NiSO₄、CaSO₄，向?yàn)V液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，過(guò)濾，再向?yàn)V液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸鎳沉淀，再過(guò)濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體，據(jù)此答題．
（1）把廢鎳催化劑粉碎，增大了反應(yīng)的接觸面積，適當(dāng)加熱、適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌等都加快反應(yīng)速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據(jù)上面的分析可知，試劑a是H₂O₂，所以“氧化”時(shí)反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）為了除去鐵、鋁元素，第1步：取“浸出液”，用雙氧水氧化二價(jià)鐵為三價(jià)鐵，再加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液5.0～6.8，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；
（4）“沉鎳”工序中，可以用繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液的方法，檢驗(yàn)Ni²⁺是否沉淀完全，待溶液靜置后，在上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不產(chǎn)生沉淀，則Ni²⁺已經(jīng)沉淀完全；
（5）操作a為草酸鎳沉淀經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體．

解答 解：（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素可知，提高浸出率，可把廢鎳催化劑粉碎或適當(dāng)加熱、適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌等，
故答案為：把廢鎳催化劑粉碎或適當(dāng)加熱、適當(dāng)增大硫酸濃度、攪拌等；
（2）試劑a是一種綠色氧化劑，所以加入a的是H₂O₂，過(guò)氧化氫中-1價(jià)的氧變成產(chǎn)物中-2價(jià)的氧，亞鐵離子被氧化成鐵離子，所以“氧化”時(shí)反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，pH為5.0時(shí)，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，pH為6.8時(shí)Ni²⁺開(kāi)始沉淀，所以pH的調(diào)控范圍為5.0～6.8，其反應(yīng)的原理為：加入Ni（OH）₂調(diào)節(jié)消耗溶液中的氫離子，促使Fe³⁺、Al³⁺的水解平衡右移，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的沉淀，
故答案為：5.0～6.8；加入Ni（OH）₂調(diào)節(jié)消耗溶液中的氫離子，促使Fe³⁺、Al³⁺的水解平衡右移，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的沉淀；
（4）向?yàn)V液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸鎳沉淀，“沉鎳”時(shí)反應(yīng)的離子方程式為：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，證明Ni²⁺已經(jīng)沉淀完全的實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象是取上層清液，繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無(wú)沉淀生成，
故答案為：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O；取上層清液，繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無(wú)沉淀生成；
（5）根據(jù)上面的分析可知，操作a的內(nèi)容是過(guò)濾、洗滌、干燥，
故答案為：過(guò)濾、洗滌、干燥．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)上從廢鎳催化劑制備草酸鎳晶體的工藝流程，側(cè)重考查物質(zhì)分離的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法應(yīng)用，主要是利用溶液不同pH條件下離子沉淀的情況不同，控制溶液PH除去雜質(zhì)離子，同時(shí)考查了除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，題目難度中等．