Question

【題目】某科研小組以廢舊的含鎳催化劑(主要成分為NiO，另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)為原料制取Ni2O3，工藝流程如下圖：

相關(guān)離子生成氫氧化物的pH和相關(guān)物質(zhì)的溶解性如下表：

回答下列問題：

（1）濾渣的主要成分為BaSO4和____________________(填化學(xué)式)。

（2）操作A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cu2++H2S=CuS↓+2H+、_________________________；操作A中沒有FeS和NiS沉淀產(chǎn)生，其原因是(用Ka和Ksp解釋)__________________________。

（3）操作B加入H2O2的目的是________________，加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH應(yīng)在____________范圍內(nèi)；操作C中加入NaF的目的是____________________。

（4）該工藝流程中使用H2S氣體，優(yōu)點是可以制取副產(chǎn)品CuSO4·5H2O，但也有明顯的缺點：一是產(chǎn)生空氣污染，二是______________________________________________。

（5）電解產(chǎn)生2NiOOH·H2O的原理為：在堿性條件下電解，Cl-在陽極被氧化為ClO-，ClO-再將Ni2+氧化成2NiOOH·H2O沉淀。則陽極的電極反應(yīng)式為________________________。

（6）0.80g CuSO4·5H2O副產(chǎn)品受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線)如圖所示，CuSO4·5H2O穩(wěn)定存在的溫度應(yīng)低于________，則200℃時固體物質(zhì)的化學(xué)式____________。

Answer 1

【答案】 CaSO42H2O 2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S↓ 由Ka2=[S2-][H+]/[HS-]知：若溶液中c(H+)過大，則c(S2-)過小，達不到FeS和NiS沉淀的溶度積 將Fe2+氧化成Fe3+，有利于轉(zhuǎn)化成Fe(OH)3沉淀 3.2≤pH＜6.7 將Ca2+轉(zhuǎn)化成CaF2沉淀 產(chǎn)生更多的Fe2+和H+，將消耗更多的氧化劑（H2O2）和NaOH Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O 102℃ CuSO4H2O

【解析】（1）由題目已知CaSO42H2O微溶，原料中含有一定量的CaO，加入硫酸酸浸，所以應(yīng)該有CaSO42H2O析出。

（2）操作A的生成物中有單質(zhì)S，只能是溶液中的Fe3+將通入的H2S氧化為單質(zhì)S，方程式為：2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S↓。注意：H2S是弱酸，不能拆分。上一步酸浸中硫酸應(yīng)該過量，這一步通入H2S，H2S本來就是一個二元弱酸電離能力較差（Ka很�。�，上一步過量的氫離子對其電離又起到了抑制作用，所以溶液中的S2-的濃度應(yīng)該很小。此時如果要形成硫化物沉淀，就要求該硫化物的KSP極小，本題中FeS和NiS的KSP較大，無法沉淀。

（3）加入過氧化氫的目的是為了將Fe2+氧化為Fe3+，以利于轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵的沉淀除去。此時應(yīng)該控制的pH是3.2到6.7之間（保證Fe3+沉淀完全，同時不沉淀Ni2+）。由題目已知，CaF2是難溶物，所以加入NaF是為了除去溶液中剩余的少量Ca2+。

（4）使用H2S氣體，發(fā)生反應(yīng)：2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S↓，下一步中又要將Fe2+氧化為Fe3+，所以這個過程會增加需要加入的過氧化氫的量。同時反應(yīng)生成H+會導(dǎo)致后續(xù)沉淀氫氧化鐵的時候需要加入更多的氫氧化鈉。

（5）陽極產(chǎn)生的是ClO-（ClO-再將Ni2+氧化成2NiOOH·H2O沉淀，是在溶液中進行的，不是電極反應(yīng)），所以應(yīng)該是Cl失去電子轉(zhuǎn)化為ClO-，方程式為：Cl-+2OH--2e-=ClO-+H2O。

（6）圖中102℃的時候固體質(zhì)量開始下降，所以說明102℃時，CuSO4·5H2O開始分解，所以CuSO4·5H2O穩(wěn)定存在的溫度應(yīng)低于102℃。圖示中，200℃時，固體由0.8g降低為0.57g，減少0.23g。0.8gCuSO4·5H2O中含有的結(jié)晶水為0.288g，所以此時失去的都是結(jié)晶水，減少0.23g水，物質(zhì)的量為0.0128mol，0.8gCuSO4·5H2O的物質(zhì)的量為0.0032mol，其中含水為0.0032×5=0.016mol，所以200℃的時候剩余的結(jié)晶水為0.016－0.0128=0.0032mol，硫酸銅為0.0032mol，所以該化合物為：CuSO4H2O。