Question

14．實(shí)驗(yàn)室模擬回收某廢舊含鎳催化劑（主要成份為NiO，另含F(xiàn)e₂O₃、CaO、CuO、BaO等）生產(chǎn)Ni₂O₃．其工藝流程為如圖1：

（1）根據(jù)圖2所示的X射線衍射圖譜，可知浸出渣含有三種主要成分，其中“物質(zhì)X”為BaSO₄．圖3表示鎳的浸出率與溫度的關(guān)系，當(dāng)浸出溫度高于70℃時(shí)，鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，其原因是溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大．
（2）工藝流程中副產(chǎn)品的化學(xué)式為CuSO₄•5H₂O．
（3）已知有關(guān)氫氧化物開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

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

操作B是為了除去濾液中的鐵元素，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：向操作A所得的濾液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH為3.7～7.7，靜置，過(guò)濾．請(qǐng)對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)：方案錯(cuò)誤，在調(diào)節(jié)pH前，應(yīng)先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺（若原方案正確，請(qǐng)說(shuō)明理由；若原方案錯(cuò)誤，請(qǐng)加以改正）．
（4）操作C是為了除去溶液中的Ca²⁺，若控制溶液中F濃度為3×10^-3mol•L^-1，則Ca²⁺的濃度為3×10^-6mol•L^-1．（常溫時(shí)CaF₂的溶度積常數(shù)為2.7×10^-11）
（5）電解產(chǎn)生2NiOOH•H₂O的原理分兩步：①堿性條件下Cl^-在陽(yáng)極被氧化為ClO^-；②Ni²⁺被ClO^-氧化產(chǎn)生2NiOOH•H₂O沉淀．第②步反應(yīng)的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-．

Answer 1

分析 （1）含鎳催化劑中含有氧化鋇，能和稀硫酸反應(yīng)生成白色沉淀硫酸鋇，所以根據(jù)圖Ⅰ所示的X射線衍射圖譜，可知浸出渣含有三種主要成分，其中“物質(zhì)X”為BaSO₄；由于隨著溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大，從而導(dǎo)致鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大；
（2）CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產(chǎn)品應(yīng)該是膽礬
（3）用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，容易引入雜質(zhì)，所以方案是錯(cuò)誤的；正確的操作應(yīng)該是在調(diào)節(jié)pH前，應(yīng)先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）常溫時(shí)CaF₂的溶度積常數(shù)為2.7×10^-11可知，溶液中F^-濃度為3×10^-3 mol•L^-1，再計(jì)算出鈣離子的濃度；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產(chǎn)生2NiOOH•H₂O沉淀，其還原產(chǎn)物是氯離子．

解答 解：（1）由于含鎳催化劑中含有氧化鋇，能和稀硫酸反應(yīng)生成白色沉淀硫酸鋇，所以根據(jù)圖Ⅰ所示的X射線衍射圖譜，可知浸出渣含有三種主要成分，其中“物質(zhì)X”為BaSO₄；由于隨著溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大，從而導(dǎo)致鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，
故答案為：BaSO₄； 溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大；
（2）由于CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產(chǎn)品應(yīng)該是膽礬，即CuSO₄•5H₂O，
故答案為：CuSO₄•5H₂O；
（3）由于用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，容易引入雜質(zhì)，所以方案是錯(cuò)誤的；正確的操作應(yīng)該是在調(diào)節(jié)pH前，應(yīng)先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，
故答案為：方案錯(cuò)誤，在調(diào)節(jié)pH前，應(yīng)先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）根據(jù)常溫時(shí)CaF₂的溶度積常數(shù)為2.7×10^-11可知，溶液中F^-濃度為3×10^-3 mol•L^-1，則Ca²⁺的濃度為$\frac{2.7×1{0}^{-11}}{（3×1{0}^{-3}）^{2}}$=3×10^-6 mol/L，
故答案為：3×10^-6；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產(chǎn)生2NiOOH•H₂O沉淀，其還原產(chǎn)物是氯離子，則根據(jù)電子的得失守恒可知，第②步反應(yīng)的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-，
故答案為：ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-．

點(diǎn)評(píng) 該題以廢舊含鎳催化劑生產(chǎn)Ni₂O₃為載體，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)工藝流程試題了解掌握情況，試題綜合性強(qiáng)，貼近高考，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及動(dòng)手操作能力；該類(lèi)試題綜合性強(qiáng)，理論和實(shí)踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學(xué)生必須認(rèn)真、細(xì)致的審題，聯(lián)系所學(xué)過(guò)的知識(shí)和技能，進(jìn)行知識(shí)的類(lèi)比、遷移、重組，全面細(xì)致的思考才能得出正確的結(jié)論．