Question

【題目】醋酸鎳[(CH3COO)2Ni]是一種重要的化工原料。一種以含鎳廢料(含NiS、 Al2O3、FeO、CaO、SiO2 )為原料，制取醋酸鎳的工藝流程圖如下：

相關離子生成氫氧化物的pH和相關物質的溶解性如表：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH	物質	20℃時的溶解性(H2O)
Fe3+	1.1	3.2	CaSO4	微溶
Fe2+	5.8	8.8	NiF2	可溶
Al3+	3.0	5.0	CaF2	難溶
Ni2+	6.7	9.5	NiCO3	Ksp=9.60×10-6

(1)粉碎含鎳廢料的作用是__________。

(2)酸浸過程中，1molNiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應的化學方程式：_____________。

(3)寫出氧化步驟中加入H2O2發生反應的離子方程式：________。

(4)調節pH除鐵、鋁步驟中，溶液pH的調節范圍是________。

(5)濾渣3主要成分的化學式是_________。

(6)沉鎳過程中，若c(Ni2+ )=2.0 mol·L-1，欲使100 mL該濾液中的Ni2+沉淀完全[c(Ni2+)≤10-5 mol·L-1]，則需要加入Na2CO3固體的質量最少為___________g(保留1位小數)。

(7)保持其他條件不變，在不同溫度下對含鎳廢料進行酸浸，鎳浸出率隨時間變化如圖。酸浸的最佳溫度與時間分別為______℃、_______min。

Answer 1

【答案】加快化學反應速率，提高鎳的浸出率 NiS +H2SO4 + 2HNO3 = NiSO4 + SO2↑+ 2NO↑+ 2H2O 2 Fe3+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O 5.0 ≤pH < 6.7 CaF2 31.4g 70 120

【解析】

含鎳廢料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，過濾，濾渣1為二氧化硅和硫酸鈣，浸出液含有Ni2+、Fe2+、Al3+、Ca2+，加H2O2把亞鐵離子氧化為Fe3+，然后加NaOH調節pH，使Al3+、Fe3+轉化為沉淀，同時Ni2+不能轉化為沉淀，所以調節pH的范圍5.0 ≤pH < 6.7，過濾，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁，濾液中含有Ni2+、Ca2+，再加氟化銨，生成CaF2沉淀，過濾，濾渣3為CaF2，濾液中加碳酸鈉生成NiCO3沉淀，過濾，濾渣中加醋酸溶解，生成(CH3COO)2Ni溶液，然后蒸發濃縮、冷卻結晶得到(CH3COO)2Ni固體。

(1)粉碎含鎳廢料的作用是加快化學反應速率，提高鎳的浸出率；故答案為：加快化學反應速率，提高鎳的浸出率。

(2)酸浸過程中，1molNiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體，則為NO和SO2，其反應的化學方程式為：NiS +H2SO4 + 2HNO3 = NiSO4 + SO2↑+ 2NO↑+ 2H2O；故答案為：NiS +H2SO4 + 2HNO3 = NiSO4 + SO2↑+ 2NO↑+ 2H2O。

(3)溶液中的亞鐵離子不容易轉化為沉淀，加H2O2把亞鐵離子氧化為Fe3+，反應的離子方程式為：2 Fe3+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O；故答案為：2 Fe3+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O。

(4)調節pH除鐵、鋁步驟中，要將Fe3+、Al3+除盡，但不能除掉Ni2+，因此溶液pH的調節范圍是5.0 ≤pH < 6.7；故答案為：5.0 ≤pH < 6.7。

(5)由流程以及物質的溶解性分析可知，濾渣3主要成分的化學式是CaF2；故答案為：CaF2。

(6)沉鎳過程中，已知NiCO3的Ksp=9.60×10-6，先Na2CO3沉淀Ni2+生成NiCO3，100mL溶液中c(Ni2+ )=2.0 mol·L-1，n(Ni2+ )= 2.0 mol·L-1×0.1L =0.2mol，消耗n(Na2CO3)=0.2mol，則Na2CO3溶液中再將Ni2+沉淀完全，即c(Ni2+)≤10-5 mol·L-1，，消耗n(Na2CO3)= 0.96 mol·L-1×0.1L =0.096 mol，共消耗n(Na2CO3)= 0.2mol + 0.096 mol=0.296mol，即質量m(Na2CO3) = 0.296mol×106gmol-1 = 31.4g；故答案為：31.4g。

(7)根據圖像分析可知，70℃和90℃在120min時差不多，而再延長時間，鎳浸出率增加不大，因此酸浸的最佳溫度與時間分別為70℃、120min。