Question

为回收利用含镍催化剂(主要成分为NiO，另含Fe₂O₃、CaO、CuO、BaO等)，科研人员研制了一种回收镍的新工艺。工艺流程如图：

已知：①常温下有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：

氢氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ni(OH)2
开始沉淀的pH	1.5	6.5	7.7
沉淀完全的pH	3.7	9.7	9.2

②Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O

③常温时，K_sp(CaF₂)=2.7×10^-11

回答下列问题：

（1）写出酸浸时Fe₂O₃和硫酸反应的化学方程式：__。

（2）浸出渣主要成分为CaSO₄·2H₂O和__两种物质。

（3）操作B是除去滤液中的铁元素，某同学设计了如下方案：向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调节溶液pH在3.7～7.7范围内，静置，过滤。请对该实验操作进行评价并说明理由：__(若原方案正确，请说明理由；若原方案错误，请加以改正)。

（4）流程中的“副产品”为__(填化学式)。在空气中灼烧CuS可以得到铜的氧化物，向Cu、Cu₂O、CuO组成的混合物中加入1L0.6mol·L^-1HNO₃溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240mLNO气体(标准状况下)，若该混合物中含0.1molCu，与稀硫酸充分反应至少消耗__molH₂SO₄。

（5）操作C是为了除去溶液中的Ca²⁺，若控制溶液中F^-浓度为3×10^-3mol·L^-1，则溶液中=__。

（6）电解产生2NiOOH·H₂O的原理分两步：

①碱性条件下，Cl^-在阳极被氧化为ClO^-。生产1molClO^-，消耗OH^-__mol。

②Ni²⁺被ClO^-氧化产生2NiOOH·H₂O沉淀，则该步反应的离子方程式为__。

Answer

Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O BaSO4 方案错误，在调节pH前，应先向滤液中加入H2O2，使滤液中的Fe2＋氧化为Fe3＋ CuSO4·5H2O 0.1 1.0×10-3 2 ClO-＋2Ni2+＋4OH-=2NiOOH·H2O↓＋Cl-

【解析】

根据题给信息知含镍催化剂加入硫酸酸浸，NiO转化为硫酸镍，Fe2O3转化为硫酸铁，CaO转化为硫酸钙，CuO转化为硫酸铜，BaO转化为硫酸钡，硫酸钡为难溶物，硫酸钙为微溶物，过滤，浸出渣为CaSO4·2H2O和BaSO4两种物质；向滤液中通入H2S，发生的反应为H2S＋Cu2＋=2H＋＋CuS↓、2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋，过滤得CuS、S，灼烧生成铜的氧化物和二氧化硫，加硫酸酸浸得硫酸铜溶液，结晶得CuSO4·5H2O；操作B为除去混合液中的铁元素，结合题给数据知应先用双氧水将Fe2＋氧化为Fe3＋，再调节pH使铁元素转化为氢氧化铁沉淀，过滤，然后向滤液中加入NaF溶液，使Ca2＋转化为CaF2沉淀，过滤，向滤液中加入NaCl电解生成2NiOOH·H2O，灼烧得Ni2O3，据此作答。

(1)Fe2O3为碱性氧化物，与硫酸反应生成Fe2(SO4)3和H2O，化学方程式为Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；

(2)由分析可知，浸出渣主要成分为CaSO4·2H2O和BaSO4两种物质；

(3)操作A所得的滤液中铁元素以Fe2＋形式存在，向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调节溶液pH在3.7～7.7范围内，铁元素沉淀不完全，故该实验方案错误，应在调节pH前，先向滤液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋；

(4)流程中的“副产品”为CuSO4·5H2O，Cu、Cu2O、CuO与HNO3恰好完全反应时生成Cu(NO3)2、NO和H2O，硝酸的物质的量为1 L×0.6 mol·L－1＝0.6 mol，NO的物质的量为0.1 mol，根据N原子守恒可知：n[Cu(NO3)2]＝0.25 mol，混合物中所含的Cu元素共有0.25 mol；根据电子转移守恒得混合物中n(Cu2O)＝0.05 mol，n(CuO)＝0.25 mol-0.1 mol-0.05 mol×2＝0.05 mol，混合物中，0.1 mol Cu不与稀H2SO4反应，0.05 mol Cu2O、0.05 mol CuO与稀H2SO4反应，根据Cu2O、CuO中氧原子与H2SO4电离的H＋生成H2O，可得n(H2SO4)＝0.05 mol＋0.05 mol＝0.1 mol；

(5)为了除去溶液中的Ca2＋，控制溶液中F－浓度为3×10－3 mol·L－1，溶液中c(Ca2＋)＝＝mol·L－1＝3×10－6 mol·L－1，则溶液中＝1.0×10－3；

(6)①碱性条件下，Cl－在阳极被氧化为ClO－，则阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2O，生产1 mol ClO－，消耗2 mol OH－；

②Ni2＋被ClO－氧化产生2NiOOH·H2O沉淀，反应的离子方程式为ClO－＋2Ni2＋＋4OH－=2NiOOH·H2O↓＋Cl－。