【题目】已知草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)难溶于水,工业上从废镍催化剂(主要成分为Ni,含有一定量的Al2O3、FeO、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的流程如图所示:
已知:①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH见表中数据:
金属离子 | Fe3+ | Fe2+ | Al3+ | Ni2+ |
开始沉淀的pH | 1.1 | 5.8 | 3.0 | 6.8 |
完全沉淀的pH | 3.2 | 8.8 | 5.0 | 9.5 |
②Ksp(CaF2)=1.46×10-10;
③当某物质浓度小于1.0×10-5 mol·L-1时,视为完全沉淀。
请回答下列问题:
(1)请写出一种能提高“酸浸”速率的措施:________________。
(2)试剂a是一种绿色氧化剂,写出“氧化”时反应的离子方程式:_______________。
(3)“调pH”时pH的调控范围为_____________,试用化学反应原理的相关知识解释滤渣Ⅱ的生成:______________________________________________________。
(4)写出“沉镍”时发生反应的离子方程式:__________________________________,证明Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是___________________________________,当Ca2+沉淀完全时,溶液中c(F-)>____________mol·L-1(写出计算式即可)。
(5)操作a的内容是_________________________________________________________。
【答案】 把废镍催化剂粉碎(或适当加热、适当增大酸的浓度或提高搅拌速率等) 2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O 5.0≤pH<6.8 加入Ni(OH)2消耗溶液中的H+,促使铁离子、铝离子的水解平衡右移,使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀 Ni2++C2O+2H2O===NiC2O4·2H2O↓ 取适量上层清液于试管中,继续滴加(NH4)2C2O4溶液,无沉淀生成 过滤、洗涤、干燥
【解析】(1)根据影响化学反应速率的因素可知,提高浸出率,可把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等;(2)试剂a是一种绿色氧化剂,所以加入的a是H2O2,过氧化氢中-1价的氧变成产物中-2价的氧,亚铁离子被氧化成铁离子,所以“氧化”时反应的离子方程式为2Fe2++2H++H2O2=2Fe3++2H2O;(3)根据表中的数据可知,pH为5.0时,Fe3+、Al3+沉淀完全,pH为6.8时Ni2+开始沉淀,所以pH的调控范围为5.0~6.8,其反应的原理为:加入Ni(OH)2消耗溶液中的H+,促使铁离子、铝离子的水解平衡右移,使铁离子、铝离子转化为相应的沉淀;(4)向滤液中加入(NH4)2C2O4,得到草酸镍沉淀,因此“沉镍”时反应的离子方程式为:Ni2++C2O42-+2H2O=NiC2O4·2H2O↓;证明Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是取上层清液,继续滴加(NH4)2C2O4溶液,无沉淀生成;当Ca2+沉淀完全时,溶液中钙离子浓度小于10-5mol/L,则溶液中c(F-)>mol·L-1;(5)根据上面的分析可知,操作a的内容是过滤、洗涤、干燥。
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