Question

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Al₂O₃、Ni、Fe、SiO₂、CaO等）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

②Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10   Ksp（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图．“酸浸”的适宜温度与时间分别为

 

（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

 

．
（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：
第1步：取“浸出液”，

 

，充分反应后过滤，以除去铁、铝元素；
第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”；
第3步：

 

，充分反应后过滤；
第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

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质的分离、提纯和除杂

专题：实验题

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；
（4）①“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；
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；
（5）①为了除去铁、铝元素，第1步：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；第3步：用NaOH溶液调节溶液X的pH≥9.5，使Ni²⁺沉淀完全；
②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⁺．

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；
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；
（4）①“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；
故答案为：洗去（NH₄）₂SO₄杂质、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；
故答案为：防止温度过高，草酸镍晶体失去结晶水；
（5）①为了除去铁、铝元素，第1步：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；第3步：用NaOH溶液调节溶液X的pH≥9.5，使Ni²⁺沉淀完全；
故答案为：加足量的H₂O₂溶液，充分反应后用NaOH溶液，调节溶液5.0≤pH≤6.7；用NaOH溶液调节溶液X的pH≥9.5；
②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：除去杂质Ca²⁺．

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．