Question

【题目】硫酸镍是一种重要的化工中间体，是镍行业研究的热点。一种以石油化工中废镍催化剂（主要成分为NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3）为原料制备硫酸镍的工业流程如下：

已知：① NiS、Ni(OH)2、Cr(OH)3均难溶于水，Cr(OH)3是两性氢氧化物。

②Fe(OH)3不溶于NH4Cl—氨水的混合液，Ni(OH)2溶于NH4Cl—氨水的混合液生成[Ni(NH3)6]2+。

③离子浓度≤10-5mol·L-1时，离子沉淀完全。

请回答下列问题：

（1）“酸溶”时应先将废镍催化剂粉碎，再与20%硫酸在100℃下反应2小时，该操作的目的为_____。

（2）“滤渣I”主要成分在工业上的用途为___（只写1种即可），NH4Cl的电子式为_____。

（3）“一次碱析”时，加入的NaOH溶液需过量，则含铬微粒发生反应的离子方程式为____。

（4）“氨解”的目的为________， “净化”时加入的H2S的目的是将镍元素转化为NiS沉淀，对应的离子方程式为：________。

（5）“氧化”时发生反应的离子方程为________。

（6）“二次碱浸”时，若使溶液中的Ni2+沉淀完全，则需维持c(OH-)不低于____。(已知Ni(OH)2的Ksp=2×10-15， ≈1.4）。

（7）工业上利用电解法处理含氯化镍的酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是________。

已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；

②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。

A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O

B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

Answer 1

【答案】加快反应速率，提高镍元素的浸出率 制玻璃或制光导纤维 Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O 实现镍元素和铁元素的分离 [Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑ 3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O 1.4×10-5mol·L-1 B

【解析】

废镍催化剂（主要成分为NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3）

经酸溶得到硫酸镍、硫酸铁、硫酸铬溶液，二氧化硅不溶于酸为滤渣Ⅰ的主要成分；向滤液中加入氢氧化钠溶液得到氢氧化镍沉淀、氢氧化铁沉淀、偏铬酸钠溶液，偏铬酸钠溶液为滤液Ⅰ的主要成分；向沉淀中加入NH4Cl—氨水的混合液，氢氧化铁沉淀不溶于此溶液，为滤渣Ⅱ的主要成分，氢氧化镍沉淀溶于此溶液得到[Ni(NH3)6]2+溶液；向溶液中通入H2S，生成NiS沉淀；向沉淀中滴入稀硝酸得到硝酸镍；向硝酸镍中加入氢氧化钠溶液得到氢氧化镍沉淀；向沉淀中加入硫酸得到硫酸镍；在经过系列操作得到NiSO4·7H2O。据此解答。

（1）“酸溶”时应先将废镍催化剂粉碎，再与20%硫酸在100℃下反应2小时，是为了增大接触面积，加快反应速率，提高镍元素的浸出率。本小题答案为：加快反应速率，提高镍元素的浸出率。

（2）二氧化硅不溶于稀硫酸，则“滤渣I”主要成分是二氧化硅， 二氧化硅主要应用于制玻璃或制光导纤维；NH4Cl中即含离子键又含共价键，是离子化合物，电子式为。本小题答案为：制玻璃或制光导纤维；。

（3）根据信息可知，Cr(OH)3是两性氢氧化物，性质类似于氢氧化铝，铬离子与少量氢氧化钠反应生成氢氧化铬，若氢氧化钠过量，则过量的氢氧化钠与氢氧化铬继续反应生成偏铬酸钠，故“一次碱析”时，加入的NaOH溶液需过量，则含铬微粒发生反应的离子方程式为Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O。本小题答案为：Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O。

（4）废镍催化剂中的铁元素在“一次碱析”时转化为氢氧化铁，由于Fe(OH)3不溶于NH4Cl—氨水的混合液，Ni(OH)2溶于NH4Cl—氨水的混合液生成[Ni(NH3)6]2+，则 “氨解”的目的是实现镍元素和铁元素的分离；“净化”时加入H2S，H2S与[Ni(NH3)6]2+发生反应生成NiS沉淀，离子方程式为[Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑。本小题答案为：实现镍元素和铁元素的分离；[Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑。

（5）“氧化”时发生的反应是稀硝酸和NiS的反应，根据流程图反应生成S，则稀硝酸中的氮元素由+5价降低到+2价生成NO，NiS中的硫元素由-2价升高到0价生成S单质，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒，反应的离子方程式为3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O。本小题答案为：3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O。

（6）氢氧化镍中存在溶解平衡，。根据信息离子浓度≤10-5mol·L-1时，离子沉淀完全，则，c(OH-)=1.4×10-5mol·L-1， 则若使溶液中的Ni2+沉淀完全，需维持c(OH-)不低于1.4×10-5mol·L-1。本小题答案为：1.4×10-5mol·L-1。

（7）A. 由图知，碳棒与电源正极相连是电解池的阳极，电极反应4OH4e=2H2O+O2↑，故A正确；

B. 镀镍铁棒与电源负极相连是电解池的阴极，电极反应Ni2++2e=Ni，电解过程中为平衡A、C中的电荷，A中的Na+和C中的Cl分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中，这使B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，故B错误；

C. 因Ni2+在弱酸性溶液中易发生水解；氧化性Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)，为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH，故C正确；

D. 若将图中阳离子膜去掉，由于放电顺序Cl>OH，则Cl移向阳极放电：2Cl 2e=Cl2↑，电解反应总方程式会发生改变，故D正确。答案选B。