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【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NiCO3SiO2,含少量Fe2O3Cr2O3)为原料制备硫酸镍的工业流程如图:

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

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+

③离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全。请回答下列问题:

1)为提高酸溶时镍元素的浸出率,所采取的的措施为____(写1种)。

2一次碱析时,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_______

3氨解的目的为__氨解时需要控制低温原因是______

4氧化时发生反应的化学方程式为_____

5二次碱浸时,若使溶液中的Ni2+沉淀完全,则需维持c(OH-)不低于_____(已知:Ni(OH)2Ksp=2×10-15≈1.4)。

6)若在流程中完成系列操作。则下列实验操作中,不需要的是____(填下列各项中序号)

【答案】废镍催化剂粉碎、增大硫酸浓度、升温一种合理即可 实现镍元素和铁元素的分离或除去铁元素 防止氨水分解生成氨气,脱离反应体系,不利于生成[Ni(NH3)6]2+ 3NiS+8HNO3()=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O 1.42×10-5mol·L-1 cd

【解析】

废镍催化剂(主要成分为NiCO3SiO2,含少量Fe2O3Cr2O3)经酸溶得到硫酸镍、硫酸铁、硫酸铬溶液,二氧化硅不溶于硫酸为滤渣I的主要成分;向滤液中加入过量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,据此解答本题。

1)为提高酸溶时镍元素的浸出率,可将废镍催化剂粉碎增加反应接触表面积、增大硫酸浓度、升温等措施,

故答案为:废镍催化剂粉碎、增大硫酸浓度、升温一种合理即可;

2)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:

故答案为:

3)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或除去铁元素;加热条件下,氨会挥发,因此控制低温的原因是:防止氨水分解生成氨气,脱离反应体系,不利于生成[Ni(NH3)6]2+

故答案为:实现镍元素和铁元素的分离或除去铁元素;防止氨水分解生成氨气,脱离反应体系,不利于生成[Ni(NH3)6]2+

4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,则稀硝酸中氮元素由+5价降低到+2价生成NONiS中的硫元素由-2价升高到0价生成S单质,根据得失电子守恒和原子守恒,反应的化学方程式为:3NiS+8HNO3()=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O

故答案为:3NiS+8HNO3()=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O

5)氢氧化镍中存在溶解平衡,Ka=c(Ni2+)×c2(OH-),根据信息,离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全,则2×10-15=10-5×c2(OH-),解得c(OH-)=1.4×10-5mol/L,则若使溶液中Ni2+沉淀完全,需维持c(OH-)不低于1.4×10-5mol/L

故答案为:1.42×10-5mol·L-1

6系列操作的目的是从NiSO4溶液中得到NiSO4·7H2O,其操作包括:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤,故不需要的操作为cd

故答案为:cd

练习册系列答案
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