Question

9．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(shí)驗(yàn)流程如圖：

已知：①K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10，K_sp（CaCO₃）=2.34×10^-9．
②相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如表（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計(jì)算）．

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
Ni3+	6.7	9.5

（1）“粉碎”的目的是增大接觸面積，加快反應(yīng)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(duì)廢鎳催化劑進(jìn)行“酸浸”，鎳浸出率隨時(shí)間變化如圖．“酸浸”的適宜溫度與時(shí)間分別為c（填字母）．

a.30℃、30min    b.90℃、150min
c.70℃、120min    d.90℃、120min
（3）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(zhì)、便于烘干、減少草酸鎳晶體損失．
（4）在除鐵和鋁工序中，應(yīng)先加入H₂O₂氧化，再加氫氧化鎳調(diào)節(jié)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(zhì)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(zhì)鎳催化劑，寫出該制備過程的化學(xué)方程式NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 廢鎳催化劑用硫酸溶解，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，二氧化硅不反應(yīng)，過濾得到濾液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及過量的硫酸，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6.7，使Fe³⁺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?yàn)V液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，過濾，再向?yàn)V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(yīng)的接觸面積，加快反應(yīng)速率；
（2）根據(jù)鎳浸出率隨時(shí)間變化圖可知，70℃時(shí)鎳浸出率很大，120min鎳浸出率就已經(jīng)很高了；
（3）“沉鎳”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗滌，能洗去（NH₄）₂SO₄雜質(zhì)、便于烘干；
（4）調(diào)節(jié)溶液pH，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；
根據(jù)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．

解答 解：廢鎳催化劑用硫酸溶解，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，二氧化硅不反應(yīng)，過濾得到濾液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及過量的硫酸，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6.7，使Fe³⁺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?yàn)V液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，過濾，再向?yàn)V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(yīng)的接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高鎳的浸出率，
故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據(jù)鎳浸出率隨時(shí)間變化圖可知，70℃時(shí)，鎳浸出率很大，從時(shí)間看，120min鎳浸出率就已經(jīng)很高了，
故答案為：c；
（3）“沉鎳”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗滌，能洗去（NH₄）₂SO₄雜質(zhì)、便于烘干、減少草酸鎳晶體損失，
故答案為：洗去（NH₄）₂SO₄雜質(zhì)、便于烘干、減少草酸鎳晶體損失；
（4）調(diào)節(jié)溶液5.0≤pH＜6.7，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；根據(jù)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(zhì)Ca²⁺；
（5）草酸鎳晶體（NiC₂O₄•2H₂O）在320℃分解得到Ni、CO₂和H₂O，反應(yīng)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．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及物質(zhì)分離提純、條件控制、實(shí)驗(yàn)基本操作、對(duì)信息獲取與應(yīng)用等，注意控制溶液pH除去雜質(zhì)離子，除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，題目難度中等．