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(guān)離子生成氫氧化物的pH和相關(guān)物質(zhì)的溶解性如下：

金屬離子	開始沉淀時(shí)的pH	沉淀完全時(shí)的pH
Fe3+	1. 1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Al3+	3.0	5.0
Ni2+	6.7	9.5

物質(zhì)	20℃時(shí)溶解性(H2O)
CaSO4	微溶
NiF	可溶
CaF2	難溶
NiCO3	Ksp= 1.0×10-5

(1)NH4F的電子式為____________。

(2)將含鎳原料粉碎的目的是____________。

(3)調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是____________。

(4)濾渣1和濾渣3主要成分的化學(xué)式分別是____________、_____________。

(5)寫出氧化步驟中加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_____________。

(6)酸浸過程中，lmol NiS失去6NA個(gè)電子，同時(shí)生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________。

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

(8)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+)≤10-5span>mol·L-1]，則需要加入Na2CO3固體的質(zhì)量最少為______g。（保留小數(shù)點(diǎn)后1位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】 提高鎳的浸出率 5.0≤pH<6.7 SiO2 CaSO4、CaF2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO+2H2O 70 120 31.8

【解析】原料經(jīng)粉碎處理后進(jìn)行酸浸以提取目標(biāo)元素鎳，但是雜質(zhì)元素鋁、鐵、鈣也會(huì)進(jìn)入溶液，二氧化硅不溶于酸成為濾渣；浸出液中亞鐵離子經(jīng)雙氧水氧化為鐵離子后，加堿調(diào)節(jié)pH,將浸出液中的鐵離子和鋁離子沉淀，再加氟化銨將鈣離子沉淀，過濾，向?yàn)V液中加碳酸鈉沉鎳，過濾，用醋酸將濾渣溶解后分離得醋酸鎳。

(1)NH4F的電子式為 。

(2)將含鎳原料粉碎的目的是增大反應(yīng)接觸面積加快化學(xué)反應(yīng)速率，使反應(yīng)充分發(fā)生，提高鎳的浸出率 。

(3)調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH控制在鐵離子和鋁離子完全沉淀、但是鎳離子不能沉淀的范圍，所以調(diào)節(jié)范圍是5.0≤pH<6.7 。

(4)由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸鈣微溶、氟化鈣難溶，所以濾渣1和濾渣3主要成分的化學(xué)式分別是CaSO4、CaF2 。

(5)氧化步驟中加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 。

(6)酸浸過程中，lmol NiS失去6NA個(gè)電子，同時(shí)生成兩種無色有毒氣體，由此可知S的化合價(jià)從-2升高到+4，稀硝酸被還原為一氧化氮，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO+2H2O 。

(7)由圖像可知， 溫度為70℃和90℃酸浸時(shí)間為120min，鎳的浸取率都達(dá)到了最高，所以最佳溫度與時(shí)間分別為70 ℃、120 min，選用較低的溫度可節(jié)約能源。

(8)沉鎳過程中,若c(Ni2+)＝2.0 mol·L-1，欲使100 mL該濾液中的Ni2+（物質(zhì)的量為0.2mol）沉淀完全[c(Ni2+)≤10-5mol·L-1]，反應(yīng)消耗0.2mol Na2CO3，同時(shí)需使溶液中c(CO32-)≥ = =1mol/L,則需要加入Na2CO3固體的物質(zhì)的量最少為0.3mol（沉淀0.2mol鎳離子需要0.2mol Na2CO3,還得溶解0.1mol使溶液中c(CO32-)≥1mol/L），則需要加入Na2CO3固體的質(zhì)量最少為31.8 g。