Question

草酸鎳晶體（NiC₂O₄?2H₂O）可用于制鎳催化劑，硫酸鎳晶體（NiSO₄?7H₂O）主要用于電鍍工業(yè)．某小組用廢鎳催化劑（成分為Al₂O₃、Ni、Fe、SiO₂、CaO等）制備草酸鎳晶體的部分實驗流程如下：

已知：①相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH如下表（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol?L^-1計算）：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Al3+	3.0	5.0
Ni2+	6.7	9.5

②Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10   Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9
（1）粉碎的目的是

 

．
（2）保持其他條件相同，在不同溫度下對廢鎳催化劑進行“酸浸”，鎳浸出率隨時間變化如圖．“酸浸”的適宜溫度與時間分別為

 

（填字母）．
a．30℃、30min       b．90℃、150min
c．70℃、120min      d．90℃、120min
（3）證明“沉鎳”工序中Ni²⁺已經沉淀完全的實驗步驟及現象是

 

．
（4）將“沉鎳”工序得到的混合物過濾，所得固體用乙醇洗滌、110℃下烘干，得草酸晶體．
①用乙醇洗滌的目的是

 

；
②烘干溫度不超過110℃的原因是

 

．
（5）由流程中的“浸出液”制備硫酸鎳晶體的相關實驗步驟如下：
第1步：取“浸出液”，

 

，充分反應后過濾，以除去鐵、鋁元素；
第2步：向所得濾液中加入適量NH₄F溶液，充分反應后過濾，得“溶液X”；
第3步：

 

，充分反應后過濾；
第4步：濾渣用稍過量硫酸充分溶解后，蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，得硫酸鎳晶體．
①請補充完整相關實驗步驟（可選試劑：H₂SO₄溶液、NaOH溶液、HNO₃溶液、H₂O₂溶液）
②第2步中加入適量NH₄F溶液的作用是

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質,物質的分離、提純和除雜

專題：實驗題

分析：（1）把廢鎳催化劑粉碎，增大了反應的接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據鎳浸出率隨時間變化圖可知，70℃時，鎳浸出率很大，從時間看，120min鎳浸出率就已經很高了；
（3）“沉鎳”工序中，可以用繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液的方法，檢驗Ni²⁺是否沉淀完全，待溶液靜置后，在上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不產生沉淀，則Ni²⁺已經沉淀完全；
（4）①“沉鎳”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗滌，能洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干；
②烘干溫度不超過110℃，如果溫度過高，草酸鎳晶體會失去結晶水；
（5）①為了除去鐵、鋁元素，第1步：取“浸出液”，用雙氧水氧化二價鐵為三價鐵，再加入NaOH溶液，調節(jié)溶液5.0≤pH≤6.7，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；第3步：用NaOH溶液調節(jié)溶液X的pH≥9.5，使Ni²⁺沉淀完全；
②根據Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10＜Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9，加入適量NH₄F溶液，生成CaF₂，除去Ca²⁺．

解答： 解：（1）把廢鎳催化劑粉碎，增大了反應的接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率，
故答案為：增大接觸面積，加快反應速率，提高鎳的浸出率；
（2）根據鎳浸出率隨時間變化圖可知，70℃時，鎳浸出率很大，從時間看，120min鎳浸出率就已經很高了，
故答案為：c；
（3）“沉鎳”工序中，可以用繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液的方法，檢驗Ni²⁺是否沉淀完全，待溶液靜置后，在上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不產生沉淀，則Ni²⁺已經沉淀完全；
故答案為：靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加（NH₄）₂C₂O₄溶液，若不產生沉淀，則Ni²⁺已經沉淀完全；
（4）①“沉鎳”工序生成了（NH₄）₂SO₄，用乙醇洗滌，能洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干；
故答案為：洗去（NH₄）₂SO₄雜質、便于烘干；
②烘干溫度不超過110℃，如果溫度過高，草酸鎳晶體會失去結晶水；
故答案為：防止溫度過高，草酸鎳晶體失去結晶水；
（5）①為了除去鐵、鋁元素，第1步：取“浸出液”，用雙氧水氧化二價鐵為三價鐵，再加入NaOH溶液，調節(jié)溶液5.0≤pH≤6.7，讓Al³⁺、Fe³⁺沉淀完全，不能讓Ni²⁺沉淀；第3步：用NaOH溶液調節(jié)溶液X的pH≥9.5，使Ni²⁺沉淀完全；
故答案為：加足量的H₂O₂溶液，充分反應后用NaOH溶液，調節(jié)溶液5.0≤pH≤6.7；用NaOH溶液調節(jié)溶液X的pH≥9.5；
②根據Ksp（CaF₂）=1.46×10^-10＜Ksp（CaC₂O₄）=2.34×10^-9，加入適量NH₄F溶液，生成CaF₂，除去Ca²⁺，故答案為：除去雜質Ca²⁺．

點評：本題考查了物質分離的實驗設計和方法應用，主要是利用溶液不同pH條件下離子沉淀的情況不同，控制溶液PH除去雜質離子，得到較純凈的硫酸鎳溶液來制備硫酸鎳晶體，同時考查了除雜原則不能引入新的雜質，題目難度大．