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
Fe^3+	1.1	3.2
Fe^2+	5.8	8.8
Al^3+	3.0	5.0
Ni^2+	6.7	9.5

②K_sp(CaF₂)=1.46×10^-10，K_sp(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)。

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：

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

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 用NaOH溶液调节“溶液X”的pH≥9.5 除去杂质Ca2+或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)3和Al(OH)3的Ksp小的特点，先氧化Fe2+为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：

第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+和Fe3+完全沉淀，充分反应后过滤，以除去铁、铝元素； 第2步：由于CaF2的Ksp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： 用NaOH溶液调节“溶液X”的pH，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。其中第2步加入适量NH4F溶液的作用是除去Ca2+或者硫酸钙。