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	难溶
Ni2+	6.7	9.5		NiCO3	Ksp＝9.6×10﹣6

(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是___________。

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

(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式_________。

(4)酸浸过程中，1mol NiS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____________。

(5)沉镍过程中，若c(Ni2+)=2.0mol/L，欲使100mL该滤液中的Ni2+沉淀物完全，[c(Ni2+)≤10﹣5 mol/L]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为_____g（保留小数点后1位）

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

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SiO2和CaSO4，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，据此分析解答。

(1)调节pH使Al3+、Fe3+转化为沉淀，同时Ni2+不能转化为沉淀，根据表中的数据可知，调节pH的范围为5.0≤pH＜6.7；

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

(3)Fe2+沉淀的pH范围与Ni2+相近，为了除去Fe2+，先加H2O2把亚铁离子氧化为Fe3+，根据电子守恒、原子守恒及电荷守恒，可得该反应的离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

(4)NiS用硫酸和硝酸的混合溶液酸浸过程中，1mol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体，则相应的气体为NO、SO2，根据电子守恒、原子守恒，可得该反应的化学方程式为：NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O；

(5)已知NiCO3的Ksp=9.6×10-6，使100mL该滤液中的Ni2+沉淀完全，即c(Ni2+)≤10﹣5 mol/L，则c(CO32-)>9.6×10-6÷10﹣5=0.96mol/L，与Ni2+反应的n(CO32-)=cV=2mol/L×0.1L=0.2mol，则需要加入Na2CO3固体的总物质的量至少n(CO32-)总=0.2mol+0.96mol/L×0.1L=0.296mol，其质量最少为0.296mol ×106g/mol=31.4g；

(7)由图象可知，温度为70℃、时间为120min时，酸浸出率最高。