Question

3．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相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表：

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

②K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10
③當某物質(zhì)模擬高度小于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加熱、適當增大硫酸濃度、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，試用化學反應原理的相關知識解釋濾渣Ⅱ的生成．
（4）寫出“沉鎳”時反應的離子方程式Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，證明Ni²⁺已經(jīng)沉淀完全的實驗步驟及現(xiàn)象是取上層清液，繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無沉淀生成，當Ca2+沉淀完全時，溶液中c（F^-）＞$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{1{0}^{-5}}}$ mol/L（寫出計算式即可）．
（5）操作a的內(nèi)容是過濾、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，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，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)影響化學反應速率的因素可知，提高浸出率，可把廢鎳催化劑粉碎或適當加熱、適當增大硫酸濃度、攪拌等，
故答案為：把廢鎳催化劑粉碎或適當加熱、適當增大硫酸濃度、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，其反應的原理為：加入Ni（HO）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)化為相應的沉淀，
故答案為：5.0～6.8；加入Ni（HO）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)化為相應的沉淀；
（4）“沉鎳”時反應的離子方程式為Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，證明Ni²⁺已經(jīng)沉淀完全的實驗步驟及現(xiàn)象是取上層清液，繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無沉淀生成；當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^-）＞$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{1{0}^{-5}}}$ mol/L，
故答案為：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O；取上層清液，繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無沉淀生成；$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{1{0}^{-5}}}$ mol/L；
（5）根據(jù)上面的分析可知，操作a的內(nèi)容是過濾、洗滌、干燥，故答案為：過濾、洗滌、干燥．

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