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【题目】草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)可用于制镍催化剂,硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)主要用于电镀工业。某小组用废镍催化剂(成分为Al2O3NiFeSiO2CaO)制备草酸镍晶体的部分实验流程如下:

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

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

1粉碎的目的是____________

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右图。酸浸的适宜温度与时间分别为_________(填字母)

a30℃、30min

b90℃、150min

c70℃、120min

d90℃、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___________

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,得草酸镍晶体。

①用乙醇洗涤的目的是_________________

②烘干温度不超过110℃的原因是_________________

5)由流程中的浸出液制备硫酸镍晶体的相关实验步骤如下:

1步:取浸出液___,充分反应后过滤,以除去铁、铝元素;

2步:向所得滤液中加入适量NH4F溶液,充分反应后过滤,得溶液X”

3步:___,充分反应后过滤;

4步:滤渣用稍过量硫酸充分溶解后,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得硫酸镍晶体。

①请补充完整相关实验步骤(可选试剂:H2SO4溶液、NaOH溶液、HNO3溶液、H2O2溶液)

②第2步中加入适量NH4F溶液的作用是____

【答案】增大接触面积,加快反应速率;提高镍的浸出率 C 静置,在上层清液中继续滴加(NH4)2C2O4溶液,若不再产生沉淀,则沉镍工序已经完成 洗去(NH4)2SO4杂质、便于烘干 防止温度过高,草酸镍晶体失去结晶水或分解 (加适量H2SO4溶液,)加足量H2O2溶液,充分反应后用NaOH溶液调节溶液5.0≤pH<6.7 NaOH溶液调节溶液X”pH≥9.5 除去杂质Ca2+CaSO4

【解析】

1)粉碎的目的从速率和限度两个方面回答;

2)由图中数据可知,从节约能源的角度分析,选择70℃,120min

3)继续加沉淀剂,若不再有沉淀生成,则说明已经沉淀完全;

4)①从为什么要洗和为什么用乙醇洗两个方面考虑;

②温度过高,考虑挥发、分解、水解、氧化等影响;

5)实验步骤第1步,利用Fe(OH)3Al(OH)3Ksp小的特点,先氧化Fe2+Fe3+,然后调节溶液的PH,将铁、铝元素除去;第2步要除去Ca2+,利用NH4F溶液和Ca2+反应生成CaF2沉淀,充分反应后过滤,得溶液X”;第3步使Ni2+成为Ni(OH)2沉淀,充分反应后过滤;第4步再把Ni(OH)2转化为NiSO4,将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得硫酸镍晶体。

1)粉碎的目的是增大接触面积,使反应速率加快,同时提高镍的浸出率;

2)由图中数据可知,当温度在70-90℃时,时间在120-150min时镍的浸出率最高,从节约能源的角度分析,应该选择70℃,120min,故选择c

3)要证明沉镍工序中Ni2+已经沉淀完全,只需将溶液静置,取上层清液,在上层清液中,滴加草酸铵溶液,观察有无沉淀生成,若无沉淀,说明已经沉淀完全;

4)①用乙醇清洗的目的是洗去固体表面的(NH4)2SO4杂质,同时由于乙醇易挥发,便于烘干固体;

②烘干温度不超过110℃的原因是防止温度过高而使草酸镍晶体失水或者分解;

5)由流程中的浸出液制备硫酸镍晶体的相关实验步骤如下:

1步:取浸出液,加入适量硫酸和过量的双氧水,使二价铁完全转化为三价铁,再用氢氧化钠溶液调节pH,使Al3+Fe3+完全沉淀,充分反应后过滤,以除去铁、铝元素; 2步:由于CaF2Ksp较小,所以向所得滤液中加入适量NH4F溶液,和溶液中的F-生成CaF2沉淀以除去Ca2+,充分反应后过滤,得溶液X”;第3步: NaOH溶液调节溶液X”pH,充分反应后过滤; 4步:滤渣用稍过量硫酸充分溶解后,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得硫酸镍晶体。其中第2步加入适量NH4F溶液的作用是除去Ca2+或者硫酸钙。

练习册系列答案
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假设1BrCl2氧化成Br2溶解在溶液中;

假设2Fe2+Cl2氧化成Fe3+

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6)若在40 mL上述FeBr2溶液中通入3×10-3mol Cl2,则反应的离子方程式为________

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