Question

【題目】工業(yè)利用含鎳廢料(以鎳鐵鈣合金為主)制取NiC2O4(草酸鎳)，再經(jīng)高溫煅燒NiC2O4制取Ni2O3的流程如圖：

已知：NiC2O4、CaC2O4均難溶于水；Fe3+完全沉淀的pH約為3.2。

(1)“酸溶”時硫酸不宜過多的原因為________。

(2)加入H2O2發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為________；

(3)加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH至4.0~5.0，其目的為_________。

(4)加入NH4F溶液可將Ca2+轉(zhuǎn)化為CaF2沉淀除去，已知25℃時Ksp(CaF2)=1.6×10-10，要使溶液中Ca2+沉淀完全[c(Ca2+)≤1.0×10-5 mol·L-1]，則“除鈣”時需控制NH4F的濃度至少為_______mol·L-1。

(5)NiC2O4隔絕空氣高溫煅燒可制得Ni2O3，NiC2O4受熱分解的化學(xué)方程式為_____。

(6)Ni2O3還可用于制備合成氨的催化劑ConNi(1-n)Fe2O4。在其他條件相同時，合成氨的相對初始速率隨催化劑中n值變化的曲線如圖，由圖可知Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是_______。

Answer 1

【答案】防止調(diào)pH時消耗過多Na2CO3 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 促進Fe3+水解，使其沉淀完全 0.004 2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑ Co2+

【解析】

向鎳廢料(鎳、鐵、鈣合金為主)中加入硫酸，廢料中的金屬與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生NiSO4、FeSO4、CaSO4，向溶液中加入H2O2，可以將Fe2+氧化為Fe3+，加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3+全部形成Fe(OH)3沉淀，得到濾渣1是Fe(OH)3沉淀，向濾液再加入NH4F溶液，使Ca2+離子形成CaF2沉淀除去，則沉淀2是CaF2，過濾得到溶液含有Ni2+離子的溶液，在溶液中加入草酸生成NiC2O4，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到NiC2O4晶體，將晶體煅燒產(chǎn)生Ni2O3。

(1)加入硫酸進行酸溶處理，目的是使合金中的金屬元素形成陽離子進入溶液，若加入硫酸過多，后面加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH時就會消耗過多Na2CO3溶液，因此硫酸不能過多；

(2)H2O2具有強的氧化性，可以將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，根據(jù)電子守恒、電荷守恒、原子守恒，可得該反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

(3)酸溶后的溶液中含有過量硫酸電離產(chǎn)生的H+，加入Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH至4.0~5.0，可以使Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀，從而達到除去Fe3+的目的，該反應(yīng)的方程式為2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑；

(4)根據(jù)CaF2的Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)=1.610-10，當(dāng)溶液中Ca2+沉淀完全時，由于c(Ca2+）≤1.010-5 mol·L-1， c(F-)最小為：=0.004 mol/L；

(5)NiC2O4高溫煅燒產(chǎn)生Ni2O3，同時會產(chǎn)生CO、CO2，可獲得兩種化合物氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

(6)Ni2O3可用于制備合成氨的催化劑ConNi(1-n)Fe2O4。從圖可知：催化劑中n值越大，合成氨的相對初始速率越大。催化劑中n值越大，則催化劑ConNi(1-n)Fe2O4中Co2+的含量越大，由此可知Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是Co2+。