Question

實驗室模擬回收某廢舊含鎳催化劑（主要成分為NiO，另含Fe₂O₃、CaO、CuO、BaO等）生產Ni₂O₃。其工藝流程為：

（1）根據圖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X”為            。圖Ⅱ表示鎳的浸出率與溫度的關系，當浸出溫度高于70℃時，鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni(OH)₂含 量增大，其原因是        。
（2）工藝流程中“副產品”的化學式為            。
（3）已知有關氫氧化物開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，某同學設計了如下實驗方案：向操作A所得的濾液中加入NaOH溶液，調節溶液pH為3.7～7.7，靜置，過濾。請對該實驗方案進行評價
                       （若原方案正確，請說明理由；若原方案錯誤，請加以改正）。
（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         mol·L^－1。（常溫時CaF₂的溶度積常數為2.7×10^－11）
（5）電解產生2NiOOH·H₂O的原理分兩步：
①堿性條件下Cl^－在陽極被氧化為ClO^－；
②Ni²⁺被ClO^－氧化產生2NiOOH·H₂O沉淀。
第②步反應的離子方程式為                      。

Answer 1

（12分）（1）BaSO₄   溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大
（2）CuSO₄·5H₂O
（3）方案錯誤。在調節pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺
（4）3×10^－6
（5）ClO^－＋2Ni²⁺＋4OH^－=2NiOOH·H₂O＋Cl^－
由題意知，含鎳催化劑與硫酸反應后，Ca²⁺和Ba²⁺形成沉淀，通入硫化氫氣體將Cu²⁺沉淀，操作B除去Fe³⁺，操作C除去Ca²⁺。最后加氯化鈉電解硫酸鎳溶液得到2NiOOH·H₂O。

試題分析：（1）與硫酸反應產生沉淀的除硫酸鈣、氫氧化鎳外還有就是硫酸鋇，所以物質X為BaSO₄；由于隨著溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大，從而導致鎳的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大；
（2）由于CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產品應該是膽礬，即CuSO₄?5H₂O，
（3）由于用氫氧化鈉溶液調節溶液的pH值，容易引入雜質，而且pH為3.7～7.7，亞鐵離子沉淀不完全，所以方案是錯誤的；正確的操作應該是在調節pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，
（4）根據常溫時CaF₂的溶度積常數為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2.7×10^-11/(3×10^-3)²= 3×10^－6mol?L^-1；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產生2NiOOH?H₂O沉淀，其還原產物是氯離子，則根據電子的得失守恒可知，第②步反應的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH?H₂O+Cl^-。