Question

【題目】草酸鎳晶體(NiC2O4·2H2O)可用于制鎳催化劑，硫酸鎳晶體(NiSO4·7H2O)主要用于電鍍工業(yè)。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：

已知：①相關(guān)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)。

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

②Ksp(CaF2)=1.46×10-10，Ksp(CaC2O4)=2.34×10-9。

（1）“粉碎”的目的是____________。

（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右圖。“酸浸”的適宜溫度與時間分別為_________(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(jīng)沉淀完全的實驗步驟及現(xiàn)象是___________。

（4）將“沉鎳”工序得到的混合物過濾，所得固體用乙醇洗滌、110 ℃下烘干，得草酸鎳晶體。

①用乙醇洗滌的目的是_________________。

②烘干溫度不超過110℃的原因是_________________。

（5）由流程中的“浸出液”制備硫酸鎳晶體的相關(guān)實驗步驟如下：

第1步：取“浸出液”，___，充分反應(yīng)后過濾，以除去鐵、鋁元素；

第2步：向所得濾液中加入適量NH4F溶液，充分反應(yīng)后過濾，得“溶液X”；

第3步：___，充分反應(yīng)后過濾；

第4步：濾渣用稍過量硫酸充分溶解后，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，得硫酸鎳晶體。

①請補充完整相關(guān)實驗步驟(可選試劑：H2SO4溶液、NaOH溶液、HNO3溶液、H2O2溶液)。

②第2步中加入適量NH4F溶液的作用是____。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；提高鎳的浸出率 C 靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加(NH4)2C2O4溶液，若不再產(chǎn)生沉淀，則“沉鎳”工序已經(jīng)完成 洗去(NH4)2SO4雜質(zhì)、便于烘干 防止溫度過高，草酸鎳晶體失去結(jié)晶水或分解 (加適量H2SO4溶液，)加足量H2O2溶液，充分反應(yīng)后用NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液5.0≤pH<6.7 用NaOH溶液調(diào)節(jié)“溶液X”的pH≥9.5 除去雜質(zhì)Ca2+或CaSO4

【解析】

（1）粉碎的目的從速率和限度兩個方面回答；

（2）由圖中數(shù)據(jù)可知，從節(jié)約能源的角度分析，選擇70℃，120min；

（3）繼續(xù)加沉淀劑，若不再有沉淀生成，則說明已經(jīng)沉淀完全；

（4）①從為什么要洗和為什么用乙醇洗兩個方面考慮；

②溫度過高，考慮揮發(fā)、分解、水解、氧化等影響；

（5）實驗步驟第1步，利用Fe(OH)3和Al(OH)3的Ksp小的特點，先氧化Fe2+為Fe3+，然后調(diào)節(jié)溶液的PH，將鐵、鋁元素除去；第2步要除去Ca2+，利用NH4F溶液和Ca2+反應(yīng)生成CaF2沉淀，充分反應(yīng)后過濾，得“溶液X”；第3步使Ni2+成為Ni(OH)2沉淀，充分反應(yīng)后過濾；第4步再把Ni(OH)2轉(zhuǎn)化為NiSO4，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，得硫酸鎳晶體。

（1）粉碎的目的是增大接觸面積，使反應(yīng)速率加快，同時提高鎳的浸出率；

（2）由圖中數(shù)據(jù)可知，當溫度在70-90℃時，時間在120-150min時鎳的浸出率最高，從節(jié)約能源的角度分析，應(yīng)該選擇70℃，120min，故選擇c；

（3）要證明沉鎳工序中Ni2+已經(jīng)沉淀完全，只需將溶液靜置，取上層清液，在上層清液中，滴加草酸銨溶液，觀察有無沉淀生成，若無沉淀，說明已經(jīng)沉淀完全；

（4）①用乙醇清洗的目的是洗去固體表面的(NH4)2SO4雜質(zhì)，同時由于乙醇易揮發(fā)，便于烘干固體；

②烘干溫度不超過110℃的原因是防止溫度過高而使草酸鎳晶體失水或者分解；

（5）由流程中的“浸出液”制備硫酸鎳晶體的相關(guān)實驗步驟如下：

第1步：取“浸出液”，加入適量硫酸和過量的雙氧水，使二價鐵完全轉(zhuǎn)化為三價鐵，再用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH，使Al3+和Fe3+完全沉淀，充分反應(yīng)后過濾，以除去鐵、鋁元素； 第2步：由于CaF2的Ksp較小，所以向所得濾液中加入適量NH4F溶液，和溶液中的F-生成CaF2沉淀以除去Ca2+，充分反應(yīng)后過濾，得“溶液X”；第3步： 用NaOH溶液調(diào)節(jié)“溶液X”的pH，充分反應(yīng)后過濾； 第4步：濾渣用稍過量硫酸充分溶解后，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，得硫酸鎳晶體。其中第2步加入適量NH4F溶液的作用是除去Ca2+或者硫酸鈣。