Question

19．草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）可用于制鎳催化劑，某小組用廢鎳催化劑（成分為Al₂O₃、Ni、Fe、SiO₂、CaO等）制備草酸鎳晶體的部分實驗流程如下如圖1：

已知：①Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10，Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9．

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Al3+	3.0	5.0
Ni2+	6.7	9.5

②相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1，.0mol•L^-1計算）．
（1）“粉碎”的目的是增大接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率．
（2）保持其他條件相同，在不同溫度下對廢鎳催化劑進行“酸浸”，鎳浸出率隨時間變化如圖2．“酸浸”的適宜溫度與時間分別為c（填字母）．
a.30℃、30min     b.90℃、150min       c.70℃、120min   d.90℃、120min
（3）證明“沉鎳”工序中Ni²⁺已經沉淀完全的實驗步驟及現象   是靜置，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．將“沉鎳”工序得到的混合物過濾，所得固體用75%乙醇溶液洗滌、110℃下烘干，得草酸鎳晶體．用75%乙醇溶液洗滌的目的是洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干、減少草酸鎳晶體損失．
（4）在除鐵和鋁工序中，應先加入H₂O₂氧化，再加氫氧化鎳調節pH值的范圍為5.0≤pH＜6.7．第2步中加入適量NH₄F溶液的作用是除去雜質Ca²⁺．
（5）將得到的草酸鎳晶體在真空中加熱至320℃分解可重新制得單質鎳催化劑，寫出該制備過程的化學方程式：NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O．
（6）已知廢鎳催化劑中鎳的質量分數為5.9%，則100kg廢鎳催化劑最多可制得18.3kg草酸鎳晶體（Ni：59，C：12，H：1，O：16）．

Answer 1

分析 廢鎳催化劑（成分為Al₂O₃、Ni、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，加入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，
（1）把廢鎳催化劑粉碎，增大了反應的接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據鎳浸出率隨時間變化圖可知，70℃時，鎳浸出率很大，從時間看，120min鎳浸出率就已經很高了；
（3）“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；“沉鎳”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗滌，能洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干；
（4）為了除去鐵、鋁元素，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≤pH≤6.7，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；根據Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10＜Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9，加入適量NH₄F溶液，生成CaF₂，除去Ca²⁺；
（5）草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）在320℃分解得到Ni、CO₂和H₂O；
（6）根據關系式：Ni～NiC₂O₄•2H₂O計算．

解答 解：廢鎳催化劑（成分為Al₂O₃、Ni、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，加入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，
（1）把廢鎳催化劑粉碎，增大了反應的接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率，
故答案為：增大接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據鎳浸出率隨時間變化圖可知，70℃時，鎳浸出率很大，從時間看，120min鎳浸出率就已經很高了，
故答案為：c；
（3）“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；“沉鎳”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗滌，能洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干、減少草酸鎳晶體損失，
故答案為：靜置，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；洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干、減少草酸鎳晶體損失；
（4）為了除去鐵、鋁元素，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≤pH≤6.7，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；根據Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10＜Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9，加入適量NH₄F溶液，生成CaF₂，除去Ca²⁺，
故答案為：5.0≤pH＜6.7；除去雜質Ca²⁺；
（5）草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）在320℃分解得到Ni、CO₂和H₂O，反應的方程式為NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O；
故答案為：NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O；
（6）根據關系式：Ni～NiC₂O₄•2H₂O
                59           183
             100kg×5.9%      m，
解得m=18.3kg；
故答案為：18.3．

點評 本題考查了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，得到較純凈的硫酸鎳溶液來制備硫酸鎳晶體，同時考查了除雜原則不能引入新的雜質，題目難度大．