Question

【题目】醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、 Al2O3、FeO、CaO、SiO2 )为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：

相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如表：

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH	物质	20℃时的溶解性(H2O)
Fe3+	1.1	3.2	CaSO4	微溶
Fe2+	5.8	8.8	NiF2	可溶
Al3+	3.0	5.0	CaF2	难溶
Ni2+	6.7	9.5	NiCO3	Ksp=9.60×10-6

(1)粉碎含镍废料的作用是__________。

(2)酸浸过程中，1molNiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：_____________。

(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：________。

(4)调节pH除铁、铝步骤中，溶液pH的调节范围是________。

(5)滤渣3主要成分的化学式是_________。

(6)沉镍过程中，若c(Ni2+ )=2.0 mol·L-1，欲使100 mL该滤液中的Ni2+沉淀完全[c(Ni2+)≤10-5 mol·L-1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为___________g(保留1位小数)。

(7)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为______℃、_______min。

Answer 1

【答案】加快化学反应速率，提高镍的浸出率 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】

含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，过滤，滤渣1为二氧化硅和硫酸钙，浸出液含有Ni2+、Fe2+、Al3+、Ca2+，加H2O2把亚铁离子氧化为Fe3+，然后加NaOH调节pH，使Al3+、Fe3+转化为沉淀，同时Ni2+不能转化为沉淀，所以调节pH的范围5.0 ≤pH < 6.7，过滤，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝，滤液中含有Ni2+、Ca2+，再加氟化铵，生成CaF2沉淀，过滤，滤渣3为CaF2，滤液中加碳酸钠生成NiCO3沉淀，过滤，滤渣中加醋酸溶解，生成(CH3COO)2Ni溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶得到(CH3COO)2Ni固体。

(1)粉碎含镍废料的作用是加快化学反应速率，提高镍的浸出率；故答案为：加快化学反应速率，提高镍的浸出率。

(2)酸浸过程中，1molNiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体，则为NO和SO2，其反应的化学方程式为：NiS +H2SO4 + 2HNO3 = NiSO4 + SO2↑+ 2NO↑+ 2H2O；故答案为：NiS +H2SO4 + 2HNO3 = NiSO4 + SO2↑+ 2NO↑+ 2H2O。

(3)溶液中的亚铁离子不容易转化为沉淀，加H2O2把亚铁离子氧化为Fe3+，反应的离子方程式为：2 Fe3+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O；故答案为：2 Fe3+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O。

(4)调节pH除铁、铝步骤中，要将Fe3+、Al3+除尽，但不能除掉Ni2+，因此溶液pH的调节范围是5.0 ≤pH < 6.7；故答案为：5.0 ≤pH < 6.7。

(5)由流程以及物质的溶解性分析可知，滤渣3主要成分的化学式是CaF2；故答案为：CaF2。

(6)沉镍过程中，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，则Na2CO3溶液中再将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，即质量m(Na2CO3) = 0.296mol×106gmol-1 = 31.4g；故答案为：31.4g。

(7)根据图像分析可知，70℃和90℃在120min时差不多，而再延长时间，镍浸出率增加不大，因此酸浸的最佳温度与时间分别为70℃、120min。