Question

5．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等）制备草酸镍晶体的部分实验流程如图1：

已知：①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）：

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

（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）由流程中的“浸出液”得到“溶液x”，首先是加适量H₂SO₄溶液，再加足量H₂SO₄溶液，充分反应后用NaOH溶液调节pH5.0≤pH＜6.7（填范围），充分反应后过滤，以除去铁、铝元素；
（4）将“沉镍”工序得到的混合物过滤，所得固体用乙醇洗涤、110℃下烘干按，得草酸镍晶体．
①用乙醇洗涤的目的是洗去（NH₄）₂SO₄杂质、便于烘干，减少产品损失；
②烘干温度不超过110℃的原因是防止温度过高，草酸镍晶体分解或失去结晶水．

Answer 1

分析 （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镍浸出率已经很高，再延长时间对浸出率提高幅度很小；
（3）溶液x中除Ni²⁺外，还含有Fe²⁺和Al³⁺，需要用NaOH溶液调节pH，使铁、铝元素转化为不溶物，同时要Ni²⁺防止沉淀；
（4）①“沉镍”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗涤，能洗去（NH₄）₂SO₄的水水溶液、便于烘干；
②烘干温度不超过110℃，如果温度过高，草酸镍晶体会失去结晶水．

解答 解：（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时镍浸出率已经很高，再延长时间对镍浸出率没有实质性提高，选择70℃和120min为宜，故答案为：c；
（3）溶液x中除Ni²⁺外，还含有Fe²⁺和Al³⁺，需要用NaOH溶液调节pH，使铁、铝元素转化为不溶物，同时要Ni²⁺防止沉淀，根据图表可知Al³⁺完全沉淀时溶液的pH为5.0，Fe²⁺完全沉淀的pH为8.8，Fe³⁺完全沉淀的pH为3.2，Ni²⁺开始沉淀的pH为6.7，因此如控制pH完全沉淀Fe²⁺时溶液里的Ni²⁺也几乎沉淀完全，显然不行，可通过氧化Fe²⁺为Fe³⁺，通过调节pH使Fe3+完全沉淀，综合考虑调节pH为5.0≤pH＜6.7即可使铝、铁元素完全沉淀，而Ni²⁺没有沉淀，故答案为：5.0≤pH＜6.7；
（4）①乙醇易挥发且易与水混溶，“沉镍”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗涤，能洗去（NH₄）₂SO₄水溶液、更容易烘干，同时也避免用水洗会溶解部分产品，降低产量，故答案为：洗去（NH₄）₂SO₄杂质、便于烘干，减少产品损失；
②草酸镍晶体稳定性较差受热能分解，烘干温度不超过110℃，如果温度过高，草酸镍晶体会分解或失去结晶水，故答案为：防止温度过高，草酸镍晶体分解或失去结晶水．

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．