Question

14．實驗室模擬回收某廢舊含鎳催化劑（主要成份為NiO，另含Fe₂O₃、CaO、CuO、BaO等）生產Ni₂O₃．其工藝流程為如圖1：

（1）根據圖2所示的X射線衍射圖譜，可知浸出渣含有三種主要成分，其中“物質X”為BaSO₄．圖3表示鎳的浸出率與溫度的關系，當浸出溫度高于70℃時，鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，其原因是溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大．
（2）工藝流程中副產品的化學式為CuSO₄•5H₂O．
（3）已知有關氫氧化物開始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氫氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
開始沉淀的pH	1.5	6.5	7.7
沉淀完全的pH	3.7	9.7	9.2

操作B是為了除去濾液中的鐵元素，某同學設計了如下實驗方案：向操作A所得的濾液中加入NaOH溶液，調節溶液pH為3.7～7.7，靜置，過濾．請對該實驗方案進行評價：方案錯誤，在調節pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺（若原方案正確，請說明理由；若原方案錯誤，請加以改正）．
（4）操作C是為了除去溶液中的Ca²⁺，若控制溶液中F濃度為3×10^-3mol•L^-1，則Ca²⁺的濃度為3×10^-6mol•L^-1．（常溫時CaF₂的溶度積常數為2.7×10^-11）
（5）電解產生2NiOOH•H₂O的原理分兩步：①堿性條件下Cl^-在陽極被氧化為ClO^-；②Ni²⁺被ClO^-氧化產生2NiOOH•H₂O沉淀．第②步反應的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-．

Answer 1

分析 （1）含鎳催化劑中含有氧化鋇，能和稀硫酸反應生成白色沉淀硫酸鋇，所以根據圖Ⅰ所示的X射線衍射圖譜，可知浸出渣含有三種主要成分，其中“物質X”為BaSO₄；由于隨著溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大，從而導致鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大；
（2）CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產品應該是膽礬
（3）用氫氧化鈉溶液調節溶液的pH值，容易引入雜質，所以方案是錯誤的；正確的操作應該是在調節pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）常溫時CaF₂的溶度積常數為2.7×10^-11可知，溶液中F^-濃度為3×10^-3 mol•L^-1，再計算出鈣離子的濃度；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產生2NiOOH•H₂O沉淀，其還原產物是氯離子．

解答 解：（1）由于含鎳催化劑中含有氧化鋇，能和稀硫酸反應生成白色沉淀硫酸鋇，所以根據圖Ⅰ所示的X射線衍射圖譜，可知浸出渣含有三種主要成分，其中“物質X”為BaSO₄；由于隨著溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大，從而導致鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，
故答案為：BaSO₄； 溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大；
（2）由于CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產品應該是膽礬，即CuSO₄•5H₂O，
故答案為：CuSO₄•5H₂O；
（3）由于用氫氧化鈉溶液調節溶液的pH值，容易引入雜質，所以方案是錯誤的；正確的操作應該是在調節pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，
故答案為：方案錯誤，在調節pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）根據常溫時CaF₂的溶度積常數為2.7×10^-11可知，溶液中F^-濃度為3×10^-3 mol•L^-1，則Ca²⁺的濃度為$\frac{2.7×1{0}^{-11}}{（3×1{0}^{-3}）^{2}}$=3×10^-6 mol/L，
故答案為：3×10^-6；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產生2NiOOH•H₂O沉淀，其還原產物是氯離子，則根據電子的得失守恒可知，第②步反應的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-，
故答案為：ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-．

點評 該題以廢舊含鎳催化劑生產Ni₂O₃為載體，重點考查學生對工藝流程試題了解掌握情況，試題綜合性強，貼近高考，側重對學生能力的培養和訓練，有利于培養學生的邏輯推理能力和規范嚴謹的實驗設計能力以及動手操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結論．