实验室模拟回收某废旧含镍催化剂（主要成分为NiO，另含Fe2O3、Ca

问题实验题

实验室模拟回收某废旧含镍催化剂（主要成分为NiO，另含Fe₂O₃、CaO、CuO、BaO等）生产Ni₂O₃。其工艺流程为：

（1）根据图Ⅰ所示的X射线衍射图谱，可知浸出渣含有三种主要成分，其中“物质X”为。图Ⅱ表示镍的浸出率与温度的关系，当浸出温度高于70℃时，镍的浸出率降低，浸出渣中Ni(OH)₂含量增大，其原因是。

（2）工艺流程中“副产品”的化学式为。

（3）已知有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

操作B是为了除去滤液中的铁元素，某同学设计了如下实验方案：向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调节溶液pH为3.7～7.7，静置，过滤。请对该实验方案进行评价

（若原方案正确，请说明理由；若原方案错误，请加以改正）。

（4）操作C是为了除去溶液中的Ca²⁺，若控制溶液中F^－浓度为3×10^－3mol·L^－1，则Ca²⁺的浓度为 mol·L^－1。（常温时CaF₂的溶度积常数为2.7×10^－11）

（5）电解产生2NiOOH·H₂O的原理分两步：

①碱性条件下Cl^－在阳极被氧化为ClO^－；

②Ni²⁺被ClO^－氧化产生2NiOOH·H₂O沉淀。

第②步反应的离子方程式为。

答案

（12分）（1）BaSO₄ 温度升高，Ni²⁺的水解程度增大

（2）CuSO₄·5H₂O

（3）方案错误。在调节pH前，应先在滤液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺

（4）3×10^－⁶

（5）ClO^－＋2Ni²⁺＋4OH^－=2NiOOH·H₂O＋Cl^－

由题意知，含镍催化剂与硫酸反应后，Ca²⁺和Ba²⁺形成沉淀，通入硫化氢气体将Cu²⁺沉淀，操作B除去Fe³⁺，操作C除去Ca²⁺。最后加氯化钠电解硫酸镍溶液得到2NiOOH·H₂O。

题目分析：（1）与硫酸反应产生沉淀的除硫酸钙、氢氧化镍外还有就是硫酸钡，所以物质X为BaSO₄；由于随着温度升高，Ni²⁺的水解程度增大，从而导致镍的浸出率降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大；

（2）由于CuS、S灼烧后溶于稀硫酸中生成硫酸铜，所以副产品应该是胆矾，即CuSO₄•5H₂O，

（3）由于用氢氧化钠溶液调节溶液的pH值，容易引入杂质，而且pH为3.7～7.7，亚铁离子沉淀不完全，所以方案是错误的；正确的操作应该是在调节pH前，应先在滤液中加入H₂O₂，使溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，

（4）根据常温时CaF₂的溶度积常数为2.7×10^-11可知，溶液中F^-浓度为3×10^-3 mol•L^-1，则Ca²⁺的浓度为2.7×10^-11/(3×10^-3)²= 3×10^－6mol•L^-1；

（5）Ni²⁺被ClO^-氧化产生2NiOOH•H₂O沉淀，其还原产物是氯离子，则根据电子的得失守恒可知，第②步反应的离子方程式为ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH•H₂O+Cl^-。