Question

2．草酸鎳晶體（NiC₂O₄.2H₂O）常用于制鎳催化劑．工業(yè)上利用鎳廢渣（主要含鎳，還含有Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等）提取草酸鎳晶體的流程如圖甲：

（1）鎳廢渣粉碎的目的為增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高鎳的浸出率．
（2）除鐵時(shí)，控制不同的條件可以得到不同的濾渣2．已知濾渣2的成分與溫度、pH的關(guān)系如圖乙所示：
①若控制溫度20℃、pH=5，則濾渣2的主要成分為Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．
②若控制溫度80℃、pH=4，寫出該條件下發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH↓+Cl^-+4H⁺．
（3）濾渣3的主要成分為CaF₂（填化學(xué)式）．
（4）沉鎳時(shí)，判斷Ni²⁺是否沉淀完全的方法是靜置分層，向上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若無明顯現(xiàn)象，沉淀完全．
（5）硫酸鎳（NiSO₄）用于化學(xué)鍍鎳時(shí)，常用甲醛做還原劑，若氧化產(chǎn)物為CO₂，則氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1．
（6）實(shí)驗(yàn)：
Ⅰ．稱量28.7g鍍鎳試劑，配成100mL溶液，溶液中存在離子為SO4^2-、Ni²⁺、NH4⁺；
Ⅱ．準(zhǔn)確量取10.00mL溶液，用0.40mol•L^-1的EDTA（Na₂H₂Y₂）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定其中的Ni²⁺
（離子方程式為Ni²⁺+H₂Y^2-═NiY^2-+2H⁺），消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液25.00mL；
①配制100mL的鍍鎳試劑時(shí)，需要的儀器除托盤天平、玻璃棒、燒杯、量筒、膠頭滴管外，還需要100mL容量瓶
②該鍍鎳試劑的化學(xué)式為（NH₄）₂Ni（SO₄）₂．

Answer 1

分析 廢鎳催化劑（成分主要為Ni，含有一定量的Al₂O₃、Fe、SiO₂、CaO等），粉碎后用硫酸溶解，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，過濾得到濾液中含有NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、CaSO₄及過量的硫酸，濾渣1為SiO₂，濾液中加入次氯酸鈉，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，同時(shí)調(diào)節(jié)pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，所以濾渣2為鐵元素的沉淀，再經(jīng)除鋁，濾液中含有NiSO₄、CaSO₄，向?yàn)V液中加入NH₄F，除去Ca ²⁺，過濾，再向?yàn)V液中加入（NH₄）₂C₂O₄，得到草酸鎳沉淀，再過濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體，
（1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素答題；
（2）根據(jù)圖象可知，①若控制溫度20℃、PH=5，則濾渣2的主要成分為 Fe（OH）₃；
②若控制溫度80℃、PH=4，則濾渣2的主要成分為FeOOH；
（3）氟化鈣難溶于水，鈣離子與氟離子能生成氟化鈣沉淀；
（4）在沉鎳的上層清液中繼續(xù)加（NH₄）₂C₂O₄溶液，可判斷Ni²⁺是否沉淀完全；
（5）根據(jù)甲醛與硫酸鎳反應(yīng)的方程進(jìn)行計(jì)算氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比；
（6）①配制100ml的鍍鎳試劑時(shí)，需要的儀器除托盤天平、玻璃棒、燒杯、量筒、膠頭滴管外，還需要100 mL容量瓶；
②根根據(jù)反應(yīng)Ni²⁺+H₂Y^2-=NiY^2-+2H⁺，可知28.7g鍍鎳試劑中的Ni²⁺的物質(zhì)的量為0.40mol．L^-1×0.02500L×$\frac{100}{10}$=0.1mol，NiSO₄的物質(zhì)的量也為0.1mol，其質(zhì)量為155×0.1g=15.5g，因?yàn)槿芤褐写嬖陔x子為SO₄^2-、Ni²⁺、NH₄⁺，所以鍍鎳試劑中還應(yīng)有（NH₄）₂SO₄，其質(zhì)量為28.7g-15.5g=13.2g，其物質(zhì)的量為$\frac{13.2}{132}$mol=0.1mol，據(jù)此推斷出該鍍鎳劑的化學(xué)式．

解答 解：（1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素可知，鎳廢渣粉碎的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，提高反應(yīng)速率，提高鎳的浸出率，
故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據(jù)圖象可知，①若控制溫度20℃、PH=5，則濾渣2的主要成分為 Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
②若控制溫度80℃、PH=4，則濾渣2的主要成分為FeOOH，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH↓+Cl^-+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+3H₂O=2FeOOH↓+Cl^-+4H⁺；
（3）根據(jù)上面的分析可知，氟化鈣難溶于水，鈣離子與氟離子能生成氟化鈣沉淀，所以濾渣3的主要成分為CaF₂，
故答案為：CaF₂；
（4）判斷Ni²⁺是否沉淀完全的操作為靜置分層，向上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若無明顯現(xiàn)象，沉淀完全，
故答案為：靜置分層，向上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若無明顯現(xiàn)象，沉淀完全；
（5）甲醛與硫酸鎳反應(yīng)的方程式為H₂O+HCHO+2NiSO₄=CO₂+2Ni+2H₂SO₄，其中甲醛是還原劑，硫酸鎳為氧化劑，所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比2：1，
故答案為：2：1；
（6）①配制100ml的鍍鎳試劑時(shí)，需要的儀器除托盤天平、玻璃棒、燒杯、量筒、膠頭滴管外，還需要100 mL容量瓶，
故答案為：100 mL容量瓶；
②根據(jù)反應(yīng)Ni²⁺+H₂Y^2-=NiY^2-+2H⁺，可知28.7g鍍鎳試劑中的Ni²⁺的物質(zhì)的量為0.40mol．L^-1×0.02500L×$\frac{100}{10}$=0.1mol，NiSO₄的物質(zhì)的量也為0.1mol，其質(zhì)量為155×0.1g=15.5g，因?yàn)槿芤褐写嬖陔x子為SO₄^2-、Ni²⁺、NH₄⁺，所以鍍鎳試劑中還應(yīng)有（NH₄）₂SO₄，其質(zhì)量為28.7g-15.5g=13.2g，其物質(zhì)的量為$\frac{13.2}{132}$mol=0.1mol，所以該鍍鎳劑的組成中NiSO₄和（NH₄）₂SO₄的物質(zhì)的量之比為1：1，則該鎳劑的化學(xué)式為（NH₄）₂Ni（SO₄）₂，
故答案為：（NH₄）₂Ni（SO₄）₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)上從廢鎳催化劑制備草酸鎳晶體的工藝流程，側(cè)重考查物質(zhì)分離的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法應(yīng)用，主要是利用溶液不同pH條件下離子沉淀的情況不同，控制溶液PH除去雜質(zhì)離子，同時(shí)考查了除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，題目難度中等．