Question

20．NiCl₂是化工合成中最重要的镍源，工业上以金属镍废料（含Fe、Ca、Mg等杂质）为原料生产NiCl₂，继而生产Ni₂O₃的工艺流程如图：

已知：1．K_sp（ CaF₂）=1.5×10^-10K_sp（MgF₂）=7.4×10^-11K_sp（NiCO₃）=1.42×10^-7
2．流程中相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如表所示：

氢氧化物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
开始沉淀的pH	1.1	6.5	7.1
沉淀完全的pH	3.2	9.7	9.2

（1）为了提高镍元素的浸出率，在“酸浸”时可采取的措施有：增大盐酸的浓度（或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等）（写出一种即可）．
（2）加入H₂O₂时发生主要反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（3）“除铁”时，控制溶液pH的范围为3.2～7.1．
（4）滤渣B的主要成分的化学式为MgF₂、CaF₂．
（5）确保沉镍完全（即溶液中c（Ni²⁺）＜1.0×10^-6），保持溶液中c（CO₃^2-）＞0.142mol•L^-1．
（6）“氧化”生成Ni₂O₃的离子方程式为2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=Ni₂O₃↓+Cl^-+2H₂O．

Answer 1

分析 金属镍废料（含Fe、Ca、Mg等杂质），加盐酸酸浸后的酸性溶液中主要含有Ni²⁺、Cl^-，另含有少量Fe²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液的pH，使铁离子全部沉淀，滤渣A为Fe（OH）₃，过滤后的滤液中再加入氟化铵沉淀Ca²⁺、Mg²⁺，滤渣B为MgF₂、CaF₂，再次过滤后向滤液中加入碳酸钠沉淀镍离子得NiCO₃，将NiCO₃再溶于盐酸，得氯化镍溶液，向其中加入次氯酸钠和氢氧化钠溶液可得Ni₂O₃．
（1）升高温度、增大酸的浓度、充分搅拌、增大接触面积等可以提高浸出的速率；
（2）过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，还原产物为水，据此写出离子方程式；
（3）除铁时三价铁离子要沉淀完全，而镍离子不能沉淀；
（4）过滤后的滤液中再加入氟化铵沉淀Ca²⁺、Mg²⁺；
（5）根据Qc＞K_sp时，溶液过饱和计算c（CO₃^2-）的范围；
（6）Cl元素由+1价降低到-1价，即反应生成NaCl，而Ni由+2价升高到+3价，根据原子守恒与电子转移守恒配平．

解答 解：（1）为了提高金属镍废料浸出的速率，还可以增大盐酸的浓度（或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等），
故答案为：增大盐酸的浓度（或将镍废料研成粉末或延长浸泡时间等）；
（2）过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，还原产物为水，离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）除铁时三价铁离子要沉淀完全，而镍离子不能产生沉淀，所以溶液的PH值控制在3.2～7.1，
故答案为：3.2～7.1；
（4）过滤后的滤液中再加入氟化铵沉淀Ca²⁺、Mg²⁺，滤渣B为MgF₂、CaF₂，
故答案为：MgF₂、CaF₂；
（5）K_sp（NiCO₃）=1.42×10^-7，镍离子完全沉淀时，溶液中c（Ni²⁺）＜1.0×10^-6mol/L，应保持溶液中c（CO₃^2-）＞$\frac{{K}_{sp}（NiC{O}_{3}）}{c（N{i}^{2+}）}$＞$\frac{1.42×1{0}^{-7}}{1.0×1{0}^{-6}}$=0.142mol/L，
故答案为：0.142；
（6）Cl元素由+1价降低到-1价，即反应生成NaCl，而Ni由+2价升高到+3价，生成Ni₂O₃，反应离子方程式为：2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=Ni₂O₃↓+Cl^-+2H₂O，
故答案为：2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=Ni₂O₃↓+Cl^-+2H₂O．

点评 本题考查物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用，涉及反应速率影响因素、条件控制、陌生方程式书写、信息获取能力等，是高考常考题型，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．