Question

2．草酸镍晶体（NiC₂O₄.2H₂O）常用于制镍催化剂．工业上利用镍废渣（主要含镍，还含有Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等）提取草酸镍晶体的流程如图甲：

（1）镍废渣粉碎的目的为增大接触面积，加快反应速率，提高镍的浸出率．
（2）除铁时，控制不同的条件可以得到不同的滤渣2．已知滤渣2的成分与温度、pH的关系如图乙所示：
①若控制温度20℃、pH=5，则滤渣2的主要成分为Fe（OH）₃（填化学式）．
②若控制温度80℃、pH=4，写出该条件下发生反应的离子方程式：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH↓+Cl^-+4H⁺．
（3）滤渣3的主要成分为CaF₂（填化学式）．
（4）沉镍时，判断Ni²⁺是否沉淀完全的方法是静置分层，向上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若无明显现象，沉淀完全．
（5）硫酸镍（NiSO₄）用于化学镀镍时，常用甲醛做还原剂，若氧化产物为CO₂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1．
（6）实验：
Ⅰ．称量28.7g镀镍试剂，配成100mL溶液，溶液中存在离子为SO4^2-、Ni²⁺、NH4⁺；
Ⅱ．准确量取10.00mL溶液，用0.40mol•L^-1的EDTA（Na₂H₂Y₂）标准溶液滴定其中的Ni²⁺
（离子方程式为Ni²⁺+H₂Y^2-═NiY^2-+2H⁺），消耗EDTA标准溶液25.00mL；
①配制100mL的镀镍试剂时，需要的仪器除托盘天平、玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管外，还需要100mL容量瓶
②该镀镍试剂的化学式为（NH₄）₂Ni（SO₄）₂．

Answer 1

分析 废镍催化剂（成分主要为Ni，含有一定量的Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等），粉碎后用硫酸溶解，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，滤渣1为SiO₂，滤液中加入次氯酸钠，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，同时调节pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，所以滤渣2为铁元素的沉淀，再经除铝，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）根据影响反应速率的因素答题；
（2）根据图象可知，①若控制温度20℃、PH=5，则滤渣2的主要成分为 Fe（OH）₃；
②若控制温度80℃、PH=4，则滤渣2的主要成分为FeOOH；
（3）氟化钙难溶于水，钙离子与氟离子能生成氟化钙沉淀；
（4）在沉镍的上层清液中继续加（NH₄）₂C₂O₄溶液，可判断Ni²⁺是否沉淀完全；
（5）根据甲醛与硫酸镍反应的方程进行计算氧化剂与还原剂的物质的量之比；
（6）①配制100ml的镀镍试剂时，需要的仪器除托盘天平、玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管外，还需要100 mL容量瓶；
②根根据反应Ni²⁺+H₂Y^2-=NiY^2-+2H⁺，可知28.7g镀镍试剂中的Ni²⁺的物质的量为0.40mol．L^-1×0.02500L×$\frac{100}{10}$=0.1mol，NiSO₄的物质的量也为0.1mol，其质量为155×0.1g=15.5g，因为溶液中存在离子为SO₄^2-、Ni²⁺、NH₄⁺，所以镀镍试剂中还应有（NH₄）₂SO₄，其质量为28.7g-15.5g=13.2g，其物质的量为$\frac{13.2}{132}$mol=0.1mol，据此推断出该镀镍剂的化学式．

解答 解：（1）根据影响反应速率的因素可知，镍废渣粉碎的目的是增大反应物的接触面积，提高反应速率，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）根据图象可知，①若控制温度20℃、PH=5，则滤渣2的主要成分为 Fe（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃；
②若控制温度80℃、PH=4，则滤渣2的主要成分为FeOOH，发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH↓+Cl^-+4H⁺，
故答案为：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH↓+Cl^-+4H⁺；
（3）根据上面的分析可知，氟化钙难溶于水，钙离子与氟离子能生成氟化钙沉淀，所以滤渣3的主要成分为CaF₂，
故答案为：CaF₂；
（4）判断Ni²⁺是否沉淀完全的操作为静置分层，向上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若无明显现象，沉淀完全，
故答案为：静置分层，向上层清液中继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若无明显现象，沉淀完全；
（5）甲醛与硫酸镍反应的方程式为H₂O+HCHO+2NiSO₄=CO₂+2Ni+2H₂SO₄，其中甲醛是还原剂，硫酸镍为氧化剂，所以氧化剂与还原剂的物质的量之比2：1，
故答案为：2：1；
（6）①配制100ml的镀镍试剂时，需要的仪器除托盘天平、玻璃棒、烧杯、量筒、胶头滴管外，还需要100 mL容量瓶，
故答案为：100 mL容量瓶；
②根据反应Ni²⁺+H₂Y^2-=NiY^2-+2H⁺，可知28.7g镀镍试剂中的Ni²⁺的物质的量为0.40mol．L^-1×0.02500L×$\frac{100}{10}$=0.1mol，NiSO₄的物质的量也为0.1mol，其质量为155×0.1g=15.5g，因为溶液中存在离子为SO₄^2-、Ni²⁺、NH₄⁺，所以镀镍试剂中还应有（NH₄）₂SO₄，其质量为28.7g-15.5g=13.2g，其物质的量为$\frac{13.2}{132}$mol=0.1mol，所以该镀镍剂的组成中NiSO₄和（NH₄）₂SO₄的物质的量之比为1：1，则该镍剂的化学式为（NH₄）₂Ni（SO₄）₂，
故答案为：（NH₄）₂Ni（SO₄）₂．

点评 本题考查了工业上从废镍催化剂制备草酸镍晶体的工艺流程，侧重考查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，同时考查了除杂原则不能引入新的杂质，题目难度中等．