Question

14．已知草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）難溶于水，工業(yè)上從廢鎳催化劑（成分主要為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

②Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10
③當(dāng)某物質(zhì)濃度小于1.0×10^-5mol•L^-1時，視為完全沉淀．
（1）請寫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，寫出“氧化”時反應(yīng)的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）pH的調(diào)控范圍為5.0≤pH＜6.8．
（4）寫出“沉鎳”時反應(yīng)的離子方程式Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，當(dāng)Ca²⁺沉淀完全時，溶液中c（F^-）＞$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{10{\;}^{-5}}}$mol•L^-1（寫出計算式即可）．

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)，過濾得到濾液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及過量的硫酸，試劑a是一種綠色氧化劑，所以加入 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，過濾除去，濾液中含有NiSO₄、CaSO₄，向濾液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，過濾，再向濾液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸鎳沉淀，再過濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體，據(jù)此答題．

解答 解：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)，過濾得到濾液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及過量的硫酸，試劑a是一種綠色氧化劑，所以加入 的是加入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，過濾除去，濾液中含有NiSO₄、CaSO₄，向濾液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，過濾，再向濾液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸鎳沉淀，再過濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體，
（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）根據(jù)上面的分析可知，試劑a是H₂O₂，所以“氧化”時反應(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，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，pH為6.8時Ni²⁺開始沉淀，所以pH的調(diào)控范圍為5.0～6.8，
故答案為：5.0≤pH＜6.8；
（4）“沉鎳”時反應(yīng)的離子方程式為Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，當(dāng)Ca²⁺沉淀完全時，即c（Ca²⁺）＜10^-5mol/L，根據(jù)K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10，可知溶液中c（F^-）＞$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{10{\;}^{-5}}}$mol/L，
故答案為：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O；$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{10{\;}^{-5}}}$mol/L．

點評 本題考查制備方案，涉及化學(xué)工藝流程、對操作與試劑的分析評價、化學(xué)方程式書寫、原電池與電解原理等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與遷移運用能力，難度中等．