Question

为回收利用废镍催化剂（主要成分为NiO，另含Fe₂O₃、CaO、CuO、BaO等），科研人员研制了一种回收镍的新工艺。工艺流程如右图：

已知常温下：①有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完pH如右表   ②Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O

③常温时，Ksp(CaF₂)=2.7×10^-11

回答下列问题：

（1）写出酸浸时Fe₂O₃和硫酸反应的化学方程式                    。

（2）浸出渣主要成分为CaSO₄·2H₂O和          两种物质。

（3）操作B是除去滤液中的铁元素，某同学设计了如下方案：向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调节溶液pH在3.7～7.7范围内，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）流程中的“副产品”为              （填化学式）。在空气中灼烧CuS可以得到铜的氧化物，向Cu、Cu₂O、CuO组成的混合物中加入1L 0.6 mol·L^-1HNO₃溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240mLNO气体（标准状况），若该混合物中含0.1molCu，与稀硫酸充分反应至少消耗             mol H₂SO₄。

（5）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，则溶液中=     。

（6）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^-，则阳极的电极反应为                                   ②Ni²⁺被ClO^-氧化产生2NiOOH·H₂O沉淀。则该步反应的离子方程式为                                  。

Answer

（1）Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O（2）BaSO4（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）CuSO4·5H2O 0.1（5）1.0×10-3

（6） ①Cl- +2OH--2e- = ClO- +H2O ②ClO-＋2Ni2+＋4OH- =2NiOOH·H2O＋Cl-

【解析】

试题分析：根据题给信息知含镍催化剂（主要成分为NiO，另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等）加入硫酸酸浸，NiO转化硫酸镍，Fe2O3转化为硫酸铁，CaO转化为硫酸钙，CuO转化为硫酸铜，BaO转化为硫酸钡，硫酸钡为难溶物，硫酸钙为微溶物，过滤，滤除渣为CaSO4·2H2O和BaSO4两种物质；向滤液中通入H2S，发生的反应为H2S + Cu2+ ==2H+ + CuS↓、2Fe3+ + H2S == 2Fe2+ + S↓+ 2H+，过滤得CuS、S，灼烧生成铜的氧化物和二氧化硫，加硫酸酸浸得硫酸铜溶液，结晶的硫酸铜晶体，操作B为除去混合液中的铁元素，结合题给数据知应先用双氧水将Fe2+氧化为Fe3+，然后再调节pH使铁元素转化为氢氧化铁沉淀，过滤，然后向滤液中加入NaF溶液，使Ca2+转化为CaF2沉淀，过滤，向滤液中加入氯化钠电解生成2NiOOH·H2O，灼烧得Ni2O3，据此作答。

（1）Fe2O3为碱性氧化物，与硫酸反应生成硫酸铁和水，化学方程式为Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O。

（2）浸出渣主要成分为CaSO4·2H2O和BaSO4两种物质。

（3）操作A所得的滤液中铁元素以Fe2+形式存在，向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液，调节溶液pH在3.7～7.7范围内，铁元素沉淀不完全，故该实验方案错误，应在调节pH前，应先在滤液中加入H2O2，使溶液中的Fe2＋氧化为Fe3+。

（4）流程中的“副产品”为CuSO4·5H2O。Cu、Cu2O、CuO与HNO3恰好完全反应时生成Cu（NO3）2、NO和H2O，硝酸的物质的量1L×0.6mol/L=0.6mol，NO的物质的量为0.1mol，根据N原子守恒可知：n[Cu（NO3）2]=0.25mol，混合物中所含的Cu元素共有0.25mol，根据电子转移守恒得混合物中n（Cu2O）=0.05mol，n（CuO）=0.25mol-0.1mol-0.05mol×2=0.05mol，混合物中，0.1mol Cu不与稀H2SO4反应，0.05molCu2O、0.05molCuO与稀H2SO4反应，根据Cu2O、CuO中氧原子与H2SO4电离的H+生成H2O，可得n（H2SO4）=0.05mol+0.05mol=0.1mol。

（5）为了除去溶液中的Ca2+，控制溶液中F－浓度为3×10-3mol·L-1，溶液中钙离子浓度为Ksp(CaF2)/c2(F—)= 2.7×10-11÷（3×10-3mol·L-1）2=3×10-6mol·L-1，则溶液中=1.0×10-3。

（6）①碱性条件下，Cl-在阳极被氧化为ClO-，则阳极的电极反应为Cl- +2OH--2e- = ClO- +H2O②Ni2+被ClO-氧化产生2NiOOH·H2O沉淀，反应的离子方程式为ClO-＋2Ni2+＋4OH- =2NiOOH·H2O＋Cl-。

考点：考查化学工艺流程分析，涉及化学方程式、离子方程式、电极反应式的书写，化学计算等。