Question

17．已知草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）難溶于水，工業上從廢鎳催化劑（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

②K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10
③當某物質模擬高度小于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．5.6～6.8
（4）寫出“沉鎳”時反應的離子方程式Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，證明Ni²⁺已經沉淀完全的實驗步驟及現象是取上層清液，繼續滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無沉淀生成，
（5）操作a的內容為過濾、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a的是H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入Ni（HO）₂調節pH，使pH大于5.0小于6.8，Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀、Al³⁺轉化為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，據此答題．
（1）把廢鎳催化劑粉碎，增大了反應的接觸面積，適當加熱、適當增大硫酸濃度、攪拌等都加快反應速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據上面的分析可知，試劑a是H₂O₂，所以“氧化”時反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）為了除去鐵、鋁元素，第1步：取“浸出液”，用雙氧水氧化二價鐵為三價鐵，再加入NaOH溶液，調節溶液5.0～6.8，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；
（4）“沉鎳”工序中，可以用繼續滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液的方法，檢驗Ni²⁺是否沉淀完全，待溶液靜置后，在上層清液中繼續滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不產生沉淀，則Ni²⁺已經沉淀完全；
（5）操作a為草酸鎳沉淀經過濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體．

解答 解：（1）根據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）試劑a是一種綠色氧化劑，所以加入a的是H₂O₂，過氧化氫中-1價的氧變成產物中-2價的氧，亞鐵離子被氧化成鐵離子，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）根據表中的數據可知，pH為5.0時，Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，pH為6.8時Ni²⁺開始沉淀，所以pH的調控范圍為5.0～6.8，其反應的原理為：加入Ni（OH）₂調節消耗溶液中的氫離子，促使Fe³⁺、Al³⁺的水解平衡右移，使Fe³⁺、Al³⁺轉化為相應的沉淀，
故答案為：5.0～6.8；加入Ni（OH）₂調節消耗溶液中的氫離子，促使Fe³⁺、Al³⁺的水解平衡右移，使Fe³⁺、Al³⁺轉化為相應的沉淀；
（4）向濾液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸鎳沉淀，“沉鎳”時反應的離子方程式為：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，證明Ni²⁺已經沉淀完全的實驗步驟及現象是取上層清液，繼續滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無沉淀生成，
故答案為：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O；取上層清液，繼續滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，無沉淀生成；
（5）根據上面的分析可知，操作a的內容是過濾、洗滌、干燥，
故答案為：過濾、洗滌、干燥．

點評 本題考查了工業上從廢鎳催化劑制備草酸鎳晶體的工藝流程，側重考查物質分離的實驗設計和方法應用，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除去雜質離子，同時考查了除雜原則不能引入新的雜質，題目難度中等．