Question

【題目】為回收利用含鎳催化劑(主要成分為NiO，另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等)，科研人員研制了一種回收鎳的新工藝。工藝流程如圖：

已知：①常溫下有關氫氧化物開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示：

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

②Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O

③常溫時，Ksp(CaF2)=2.7×10-11

回答下列問題：

（1）寫出酸浸時Fe2O3和硫酸反應的化學方程式：__。

（2）浸出渣主要成分為CaSO4·2H2O和__兩種物質。

（3）操作B是除去濾液中的鐵元素，某同學設計了如下方案：向操作A所得的濾液中加入NaOH溶液，調節溶液pH在3.7～7.7范圍內，靜置，過濾。請對該實驗操作進行評價并說明理由：__(若原方案正確，請說明理由；若原方案錯誤，請加以改正)。

（4）流程中的“副產品”為__(填化學式)。在空氣中灼燒CuS可以得到銅的氧化物，向Cu、Cu2O、CuO組成的混合物中加入1L0.6mol·L-1HNO3溶液恰好使混合物溶解，同時收集到2240mLNO氣體(標準狀況下)，若該混合物中含0.1molCu，與稀硫酸充分反應至少消耗__molH2SO4。

（5）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，則溶液中=__。

（6）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-。生產1molClO-，消耗OH-__mol。

②Ni2+被ClO-氧化產生2NiOOH·H2O沉淀，則該步反應的離子方程式為__。

Answer 1

【答案】Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O BaSO4 方案錯誤，在調節pH前，應先向濾液中加入H2O2，使濾液中的Fe2＋氧化為Fe3＋ CuSO4·5H2O 0.1 1.0×10-3 2 ClO-＋2Ni2+＋4OH-=2NiOOH·H2O↓＋Cl-

【解析】

根據題給信息知含鎳催化劑加入硫酸酸浸，NiO轉化為硫酸鎳，Fe2O3轉化為硫酸鐵，CaO轉化為硫酸鈣，CuO轉化為硫酸銅，BaO轉化為硫酸鋇，硫酸鋇為難溶物，硫酸鈣為微溶物，過濾，浸出渣為CaSO4·2H2O和BaSO4兩種物質；向濾液中通入H2S，發生的反應為H2S＋Cu2＋=2H＋＋CuS↓、2Fe3＋＋H2S=2Fe2＋＋S↓＋2H＋，過濾得CuS、S，灼燒生成銅的氧化物和二氧化硫，加硫酸酸浸得硫酸銅溶液，結晶得CuSO4·5H2O；操作B為除去混合液中的鐵元素，結合題給數據知應先用雙氧水將Fe2＋氧化為Fe3＋，再調節pH使鐵元素轉化為氫氧化鐵沉淀，過濾，然后向濾液中加入NaF溶液，使Ca2＋轉化為CaF2沉淀，過濾，向濾液中加入NaCl電解生成2NiOOH·H2O，灼燒得Ni2O3，據此作答。

(1)Fe2O3為堿性氧化物，與硫酸反應生成Fe2(SO4)3和H2O，化學方程式為Fe2O3＋3H2SO4=Fe2(SO4)3＋3H2O；

(2)由分析可知，浸出渣主要成分為CaSO4·2H2O和BaSO4兩種物質；

(3)操作A所得的濾液中鐵元素以Fe2＋形式存在，向操作A所得的濾液中加入NaOH溶液，調節溶液pH在3.7～7.7范圍內，鐵元素沉淀不完全，故該實驗方案錯誤，應在調節pH前，先向濾液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋；

(4)流程中的“副產品”為CuSO4·5H2O，Cu、Cu2O、CuO與HNO3恰好完全反應時生成Cu(NO3)2、NO和H2O，硝酸的物質的量為1 L×0.6 mol·L－1＝0.6 mol，NO的物質的量為0.1 mol，根據N原子守恒可知：n[Cu(NO3)2]＝0.25 mol，混合物中所含的Cu元素共有0.25 mol；根據電子轉移守恒得混合物中n(Cu2O)＝0.05 mol，n(CuO)＝0.25 mol-0.1 mol-0.05 mol×2＝0.05 mol，混合物中，0.1 mol Cu不與稀H2SO4反應，0.05 mol Cu2O、0.05 mol CuO與稀H2SO4反應，根據Cu2O、CuO中氧原子與H2SO4電離的H＋生成H2O，可得n(H2SO4)＝0.05 mol＋0.05 mol＝0.1 mol；

(5)為了除去溶液中的Ca2＋，控制溶液中F－濃度為3×10－3 mol·L－1，溶液中c(Ca2＋)＝＝mol·L－1＝3×10－6 mol·L－1，則溶液中＝1.0×10－3；

(6)①堿性條件下，Cl－在陽極被氧化為ClO－，則陽極的電極反應式為Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2O，生產1 mol ClO－，消耗2 mol OH－；

②Ni2＋被ClO－氧化產生2NiOOH·H2O沉淀，反應的離子方程式為ClO－＋2Ni2＋＋4OH－=2NiOOH·H2O↓＋Cl－。