Question

14．實驗室模擬回收某廢舊含鎳催化劑（主要成份為NiO，另含F(xiàn)e₂O₃、CaO、CuO、BaO等）生產(chǎn)Ni₂O₃．其工藝流程為如圖1：

（1）根據(jù)圖2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(zhì)X”為BaSO₄．圖3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，其原因是溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大．
（2）工藝流程中副產(chǎn)品的化學式為CuSO₄•5H₂O．
（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(diào)節(jié)溶液pH為3.7～7.7，靜置，過濾．請對該實驗方案進行評價：方案錯誤，在調(diào)節(jié)pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺（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3×10^-6mol•L^-1．（常溫時CaF₂的溶度積常數(shù)為2.7×10^-11）
（5）電解產(chǎn)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(chǎn)生2NiOOH•H₂O沉淀．第②步反應的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-．

Answer 1

分析 （1）含鎳催化劑中含有氧化鋇，能和稀硫酸反應生成白色沉淀硫酸鋇，所以根據(jù)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(zhì)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）CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產(chǎn)品應該是膽礬
（3）用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，容易引入雜質(zhì)，所以方案是錯誤的；正確的操作應該是在調(diào)節(jié)pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）常溫時CaF₂的溶度積常數(shù)為2.7×10^-11可知，溶液中F^-濃度為3×10^-3 mol•L^-1，再計算出鈣離子的濃度；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產(chǎn)生2NiOOH•H₂O沉淀，其還原產(chǎn)物是氯離子．

解答 解：（1）由于含鎳催化劑中含有氧化鋇，能和稀硫酸反應生成白色沉淀硫酸鋇，所以根據(jù)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(zhì)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，
故答案為：BaSO₄； 溫度升高，Ni²⁺的水解程度增大；
（2）由于CuS、S灼燒后溶于稀硫酸中生成硫酸銅，所以副產(chǎn)品應該是膽礬，即CuSO₄•5H₂O，
故答案為：CuSO₄•5H₂O；
（3）由于用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值，容易引入雜質(zhì)，所以方案是錯誤的；正確的操作應該是在調(diào)節(jié)pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，
故答案為：方案錯誤，在調(diào)節(jié)pH前，應先在濾液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）根據(jù)常溫時CaF₂的溶度積常數(shù)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$\frac{2.7×1{0}^{-11}}{（3×1{0}^{-3}）^{2}}$=3×10^-6 mol/L，
故答案為：3×10^-6；
（5）Ni²⁺被ClO^-氧化產(chǎn)生2NiOOH•H₂O沉淀，其還原產(chǎn)物是氯離子，則根據(jù)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^-，
故答案為：ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O↓+Cl^-．

點評 該題以廢舊含鎳催化劑生產(chǎn)Ni₂O₃為載體，重點考查學生對工藝流程試題了解掌握情況，試題綜合性強，貼近高考，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力和規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O計能力以及動手操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯(lián)系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結(jié)論．