Question

【題目】硫酸鎳是一種重要的化工中間體，是鎳行業(yè)研究的熱點。一種以石油化工中廢鎳催化劑(主要成分為NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3)為原料制備硫酸鎳的工業(yè)流程如圖：

已知：①NiS、Ni(OH)2、Cr(OH)3均難溶于水，Cr(OH)3是兩性氫氧化物。

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+。

請回答下列問題：

(1)“酸溶”時為了提高浸取率，可采取的措施有________(任寫出一條)。

(2)“濾渣I”的主要成分是_________。

(3)“一次堿析”時，加入的NaOH溶液需過量，則含鉻微粒發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__________。

(4)“氨解”的目的為___，“凈化”時加入的H2S的目的是將鎳元素轉(zhuǎn)化為____沉淀。

(5)“氧化”時發(fā)生反應(yīng)的離子方程為________。

(6)“二次堿析”時，若使溶液中的Ni2+沉淀完全(離子濃度≤10-5mol·L-1時，離子沉淀完全)，則需維持c(OH-)不低于_______(已知Ni(OH)2的Ksp=2×10-15，≈1.4)。

(7)以Fe、Ni為電極制取Na2FeO4的原理如圖所示。通電后，在鐵電極附近生成紫紅色的FeO42-。電解時陽極的電極反應(yīng)式為________，離子交換膜(b)為__________(填“陰”或“陽”)離子交換膜。

Answer 1

【答案】升高溫度、將廢鎳催化劑粉碎、攪拌等 SiO2 Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O 除去Fe3+ NiS 3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O 1.4×10-5mol/L Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 陰

【解析】

廢鎳催化劑(主要成分為NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3)為原料制備硫酸鎳，加入20%的硫酸酸溶，NiCO3、Fe2O3、Cr2O3反應(yīng)進入溶液中，SiO2不能反應(yīng)，過濾，濾渣Ⅰ為SiO2，濾液加入NaOH溶液進行一次堿析，濾液Ⅰ含有CrO2-，沉淀加入氯化銨、氨水緩沖液，由信息②可知濾渣Ⅱ為Fe(OH)3，過濾得到的濾液含有[Ni(NH3)6]2+，“凈化”時通入的H2S，可以將鎳元素轉(zhuǎn)化為NiS沉淀，加入硝酸氧化，可生成S和Ni2+，加入氫氧化鈉生成Ni(OH)2，過濾后加入硫酸可得到硫酸鎳，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸鎳晶體，以此解答該題。

(1)“酸溶”時為了提高浸取率，可以先將廢鎳催化劑粉碎，以增大固體表面積，或進行攪拌，并在加熱條件下使廢鎳催化劑與20%硫酸充分反應(yīng)等；

(2)“濾渣Ⅰ”主要成分為二氧化硅；

(3)Cr(OH)3難溶于水，Cr(OH)3是兩性氫氧化物，可以與過量的NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CrO2-，則含鉻微粒發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O；

(4)加入氯化銨和氨水的緩沖液，可生成Fe(OH)3沉淀，同時生成[Ni(NH3)6]2+，達到除去Fe3+的目的；“凈化”時通入的H2S的目的是將鎳元素轉(zhuǎn)化為NiS沉淀，對應(yīng)的離子方程式為[Ni[Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑；

(5)“氧化”時HNO3將NiS氧化為S單質(zhì)，HNO3被還原為NO，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O，從而可除去硫，生成鎳離子；

(6)離子濃度≤1×10-5mol/L時，離子沉淀完全，已知Ni(OH)2的Ksp=2×10-15，則c(OH-)=mol/L=1.4×10-5mol/L；

(7)電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)題意可知鐵在陽極失去電子，堿性環(huán)境下生成高鐵酸根離子FeO42-，陽極的電極反應(yīng)式為：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O，離子交換膜(b)為陰離子交換膜，可使氫氧根離子進入陽極區(qū)。