Question

工业利用含镍废料(以镍铁钙合金为主)制取NiC₂O₄(草酸镍)，再经高温煅烧NiC₂O₄制取Ni₂O₃的流程如图：

已知：NiC₂O₄、CaC₂O₄均难溶于水；Fe³⁺完全沉淀的pH约为3.2。

(1)“酸溶”时硫酸不宜过多的原因为________。

(2)加入H₂O₂发生的主要反应的离子方程式为________；

(3)加入Na₂CO₃溶液调节pH至4.0~5.0，其目的为_________。

(4)加入NH₄F溶液可将Ca²⁺转化为CaF₂沉淀除去，已知25℃时K_sp(CaF₂)=1.6×10^-10，要使溶液中Ca²⁺沉淀完全[c(Ca²⁺)≤1.0×10^-5 mol·L^-1]，则“除钙”时需控制NH₄F的浓度至少为_______mol·L^-1。

(5)NiC₂O₄隔绝空气高温煅烧可制得Ni₂O₃，NiC₂O₄受热分解的化学方程式为_____。

(6)Ni₂O₃还可用于制备合成氨的催化剂Co_nNi_(1-n)Fe₂O₄。在其他条件相同时，合成氨的相对初始速率随催化剂中n值变化的曲线如图，由图可知Co²⁺、Ni²⁺两种离子中催化效果更好的是_______。

Answer

防止调pH时消耗过多Na2CO3 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 促进Fe3+水解，使其沉淀完全 0.004 2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑ Co2+

【解析】

向镍废料(镍、铁、钙合金为主)中加入硫酸，废料中的金属与稀硫酸反应产生NiSO4、FeSO4、CaSO4，向溶液中加入H2O2，可以将Fe2+氧化为Fe3+，加入碳酸钠溶液调节溶液的pH，使Fe3+全部形成Fe(OH)3沉淀，得到滤渣1是Fe(OH)3沉淀，向滤液再加入NH4F溶液，使Ca2+离子形成CaF2沉淀除去，则沉淀2是CaF2，过滤得到溶液含有Ni2+离子的溶液，在溶液中加入草酸生成NiC2O4，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶得到NiC2O4晶体，将晶体煅烧产生Ni2O3。

(1)加入硫酸进行酸溶处理，目的是使合金中的金属元素形成阳离子进入溶液，若加入硫酸过多，后面加入Na2CO3溶液调节pH时就会消耗过多Na2CO3溶液，因此硫酸不能过多；

(2)H2O2具有强的氧化性，可以将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可得该反应的离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

(3)酸溶后的溶液中含有过量硫酸电离产生的H+，加入Na2CO3溶液调节pH至4.0~5.0，可以使Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀，从而达到除去Fe3+的目的，该反应的方程式为2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑；

(4)根据CaF2的Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)=1.610-10，当溶液中Ca2+沉淀完全时，由于c(Ca2+）≤1.010-5 mol·L-1， c(F-)最小为：=0.004 mol/L；

(5)NiC2O4高温煅烧产生Ni2O3，同时会产生CO、CO2，可获得两种化合物气体，该反应的化学方程式为2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

(6)Ni2O3可用于制备合成氨的催化剂ConNi(1-n)Fe2O4。从图可知：催化剂中n值越大，合成氨的相对初始速率越大。催化剂中n值越大，则催化剂ConNi(1-n)Fe2O4中Co2+的含量越大，由此可知Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是Co2+。