Question

19．草酸镍晶体（NiC₂O₄•2H₂O）可用于制镍催化剂，某小组用废镍催化剂（成分为Al₂O₃、Ni、Fe、SiO₂、CaO等）制备草酸镍晶体的部分实验流程如下如图1：

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

金属离子	开始沉淀的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相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1，.0mol•L^-1计算）．
（1）“粉碎”的目的是增大接触面积，加快反应速率，提高镍的浸出率．
（2）保持其他条件相同，在不同温度下对废镍催化剂进行“酸浸”，镍浸出率随时间变化如图2．“酸浸”的适宜温度与时间分别为c（填字母）．
a.30℃、30min     b.90℃、150min       c.70℃、120min   d.90℃、120min
（3）证明“沉镍”工序中Ni²⁺已经沉淀完全的实验步骤及现象   是静置，在上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不产生沉淀，则Ni²⁺已经沉淀完全．将“沉镍”工序得到的混合物过滤，所得固体用75%乙醇溶液洗涤、110℃下烘干，得草酸镍晶体．用75%乙醇溶液洗涤的目的是洗去（NH₄）₂SO₄杂质、便于烘干、减少草酸镍晶体损失．
（4）在除铁和铝工序中，应先加入H₂O₂氧化，再加氢氧化镍调节pH值的范围为5.0≤pH＜6.7．第2步中加入适量NH₄F溶液的作用是除去杂质Ca²⁺．
（5）将得到的草酸镍晶体在真空中加热至320℃分解可重新制得单质镍催化剂，写出该制备过程的化学方程式：NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O．
（6）已知废镍催化剂中镍的质量分数为5.9%，则100kg废镍催化剂最多可制得18.3kg草酸镍晶体（Ni：59，C：12，H：1，O：16）．

Answer 1

分析 废镍催化剂（成分为Al₂O₃、Ni、Fe、SiO₂、CaO等），用硫酸溶解，SiO₂不与硫酸反应，过滤得到滤液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及过量的硫酸，加入H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入Ni（HO）₂调节pH，使pH大于5.0小于6.8，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀、Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液中含有NiSO₄、CaSO₄，向滤液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，过滤，再向滤液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸镍沉淀，再过滤、洗涤、干燥得草酸镍晶体，
（1）把废镍催化剂粉碎，增大了反应的接触面积，加快反应速率，提高镍的浸出率；
（2）根据镍浸出率随时间变化图可知，70℃时，镍浸出率很大，从时间看，120min镍浸出率就已经很高了；
（3）“沉镍”工序中，可以用继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液的方法，检验Ni²⁺是否沉淀完全，待溶液静置后，在上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不产生沉淀，则Ni²⁺已经沉淀完全；“沉镍”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗涤，能洗去（NH₄）₂SO₄杂质、便于烘干；
（4）为了除去铁、铝元素，取“浸出液”，用双氧水氧化二价铁为三价铁，再加入NaOH溶液，调节溶液5.0≤pH≤6.7，让Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能让Ni²⁺沉淀；根据Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10＜Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9，加入适量NH₄F溶液，生成CaF₂，除去Ca²⁺；
（5）草酸镍晶体（NiC₂O₄•2H₂O）在320℃分解得到Ni、CO₂和H₂O；
（6）根据关系式：Ni～NiC₂O₄•2H₂O计算．

解答 解：废镍催化剂（成分为Al₂O₃、Ni、Fe、SiO₂、CaO等），用硫酸溶解，SiO₂不与硫酸反应，过滤得到滤液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及过量的硫酸，加入H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入Ni（HO）₂调节pH，使pH大于5.0小于6.8，Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀、Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液中含有NiSO₄、CaSO₄，向滤液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，过滤，再向滤液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸镍沉淀，再过滤、洗涤、干燥得草酸镍晶体，
（1）把废镍催化剂粉碎，增大了反应的接触面积，加快反应速率，提高镍的浸出率，
故答案为：增大接触面积，加快反应速率，提高镍的浸出率；
（2）根据镍浸出率随时间变化图可知，70℃时，镍浸出率很大，从时间看，120min镍浸出率就已经很高了，
故答案为：c；
（3）“沉镍”工序中，可以用继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液的方法，检验Ni²⁺是否沉淀完全，待溶液静置后，在上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不产生沉淀，则Ni²⁺已经沉淀完全；“沉镍”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗涤，能洗去（NH₄）₂SO₄杂质、便于烘干、减少草酸镍晶体损失，
故答案为：静置，在上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不产生沉淀，则Ni²⁺已经沉淀完全；洗去（NH₄）₂SO₄杂质、便于烘干、减少草酸镍晶体损失；
（4）为了除去铁、铝元素，用双氧水氧化二价铁为三价铁，再加入NaOH溶液，调节溶液5.0≤pH≤6.7，让Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能让Ni²⁺沉淀；根据Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10＜Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9，加入适量NH₄F溶液，生成CaF₂，除去Ca²⁺，
故答案为：5.0≤pH＜6.7；除去杂质Ca²⁺；
（5）草酸镍晶体（NiC₂O₄•2H₂O）在320℃分解得到Ni、CO₂和H₂O，反应的方程式为NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O；
故答案为：NiC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO₂↑+2H₂O；
（6）根据关系式：Ni～NiC₂O₄•2H₂O
                59           183
             100kg×5.9%      m，
解得m=18.3kg；
故答案为：18.3．

点评 本题考查了物质分离的实验设计和方法应用，主要是利用溶液不同pH条件下离子沉淀的情况不同，控制溶液PH除去杂质离子，得到较纯净的硫酸镍溶液来制备硫酸镍晶体，同时考查了除杂原则不能引入新的杂质，题目难度大．