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)的溶解性如表：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH		物質(zhì)	20℃時溶解性（H2O）
Fe3+	1.1	3.2		CaSO4	微溶
Fe2+	5.8	8.8		NiF	可溶
Al3+	3.0	5.0		CaF2	難溶
Ni2+	6.7	9.5		NiCO3	Ksp＝9.6×10﹣6

(1)調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是___________。

(2)濾渣1主要成分是_______________；濾渣2主要成分是_________________

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

(4)酸浸過程中，1mol NiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式____________。

(5)沉鎳過程中，若c(Ni2+)=2.0mol/L，欲使100mL該濾液中的Ni2+沉淀物完全，[c(Ni2+)≤10﹣5 mol/L]，則需要加入Na2CO3固體的質(zhì)量最少為_____g（保留小數(shù)點后1位）

(6)保持其他條件不變，在不同溫度下對含鎳廢料進行酸浸。酸浸出率隨時間變化如圖。酸浸的最佳溫度與時間分別為____________。

Answer 1

【答案】5.0≤pH＜6.7 SiO2、CaSO4 Al(OH)3、Fe(OH)3 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O 31.4 70℃、120min

【解析】

含鎳廢料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，過濾，濾渣1為SiO2和CaSO4，浸出液含有Ni2+、Fe2+、Al3+、Ca2+，加H2O2把亞鐵離子氧化為Fe3+，然后加NaOH調(diào)節(jié)pH，使Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀，同時Ni2+不能轉(zhuǎn)化為沉淀，所以調(diào)節(jié)pH的范圍5.0≤pH＜6.7，過濾，濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁，濾液中含有Ni2+、Ca2+，再加氟化銨，生成CaF2沉淀，過濾，濾渣3為CaF2，濾液中加碳酸鈉生成NiCO3沉淀，過濾，濾渣中加醋酸溶解，生成(CH3COO)2Ni溶液，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到(CH3COO)2Ni固體，據(jù)此分析解答。

(1)調(diào)節(jié)pH使Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀，同時Ni2+不能轉(zhuǎn)化為沉淀，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可知，調(diào)節(jié)pH的范圍為5.0≤pH＜6.7；

(2)由流程分析可知，濾渣1為SiO2和CaSO4，濾渣2為Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3)Fe2+沉淀的pH范圍與Ni2+相近，為了除去Fe2+，先加H2O2把亞鐵離子氧化為Fe3+，根據(jù)電子守恒、原子守恒及電荷守恒，可得該反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

(4)NiS用硫酸和硝酸的混合溶液酸浸過程中，1mol NiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體，則相應(yīng)的氣體為NO、SO2，根據(jù)電子守恒、原子守恒，可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O；

(5)已知NiCO3的Ksp=9.6×10-6，使100mL該濾液中的Ni2+沉淀完全，即c(Ni2+)≤10﹣5 mol/L，則c(CO32-)>9.6×10-6÷10﹣5=0.96mol/L，與Ni2+反應(yīng)的n(CO32-)=cV=2mol/L×0.1L=0.2mol，則需要加入Na2CO3固體的總物質(zhì)的量至少n(CO32-)總=0.2mol+0.96mol/L×0.1L=0.296mol，其質(zhì)量最少為0.296mol ×106g/mol=31.4g；

(7)由圖象可知，溫度為70℃、時間為120min時，酸浸出率最高。