Question

3．已知草酸镍晶体（NiC₂O₄，2H₂O）难溶于水，工业上从废镍催化剂（成分主要为Ni，含有一定量的Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等）制备草酸镍晶体的流程如图所示：

已知：①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：

金属离子	Fe3+	Fe2+	Al3+	Ni2+
开始沉淀的pH	1.1	5.8	3.0	6.8
完全沉淀的pH	3.2	8.8	5.0	9.5

②K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10
③当某物质模拟高度小于1.0×10^-5mol．L^-1时，视为完全沉淀．
（1）请写出一种能提高酸浸速率的措施把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等．
（2）试剂a是一种绿色氧化剂，写出“氧化”时反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）pH的调控范围为5.0～6.8，试用化学反应原理的相关知识解释滤渣Ⅱ的生成．
（4）写出“沉镍”时反应的离子方程式Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，证明Ni²⁺已经沉淀完全的实验步骤及现象是取上层清液，继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，无沉淀生成，当Ca2+沉淀完全时，溶液中c（F^-）＞$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{1{0}^{-5}}}$ mol/L（写出计算式即可）．
（5）操作a的内容是过滤、洗涤、干燥．

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），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，试剂a是一种绿色氧化剂，所以加入 的是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，据此答题．

解答 解：废镍催化剂（成分主要为Ni，含有一定量的Al₂O₃、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，试剂a是一种绿色氧化剂，所以加入 的是加入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）根据影响化学反应速率的因素可知，提高浸出率，可把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等，
故答案为：把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等；
（2）根据上面的分析可知，试剂a是H₂O₂，所以“氧化”时反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O； 
（3）根据表中的数据可知，pH为5.0时，Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，pH为6.8时Ni²⁺开始沉淀，所以pH的调控范围为5.0～6.8，其反应的原理为：加入Ni（HO）₂调节消耗溶液中的氢离子，促使Fe³⁺、Al³⁺的水解平衡右移，使Fe³⁺、Al³⁺转化为相应的沉淀，
故答案为：5.0～6.8；加入Ni（HO）₂调节消耗溶液中的氢离子，促使Fe³⁺、Al³⁺的水解平衡右移，使Fe³⁺、Al³⁺转化为相应的沉淀；
（4）“沉镍”时反应的离子方程式为Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O，证明Ni²⁺已经沉淀完全的实验步骤及现象是取上层清液，继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，无沉淀生成；当Ca²⁺沉淀完全时，即c（Ca²⁺）＜10^-5mol/L，根据K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10，可知溶液中c（F^-）＞$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{1{0}^{-5}}}$ mol/L，
故答案为：Ni²⁺+C₂O₄^2-+2H₂O=NiC₂O₄•2H₂O；取上层清液，继续滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，无沉淀生成；$\sqrt{\frac{1.46×10{\;}^{-10}}{1{0}^{-5}}}$ mol/L；
（5）根据上面的分析可知，操作a的内容是过滤、洗涤、干燥，故答案为：过滤、洗涤、干燥．

点评 本题考查制备方案，涉及化学工艺流程、对操作与试剂的分析评价、化学方程式书写、原电池与电解原理等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与迁移运用能力，难度中等．