Question

6．碳酸镍可用于电镀、陶瓷器着色等．镍矿渣中镍元素的主要存在形式是Ni（OH）2和NiS（含有Fe、Cu、Ca、Mg、Zn等元素杂质），从镍矿渣出发制备碳酸镍的流程如下：

已知：（Ⅰ）含镍浸出液的成分及离子沉淀的pH：

元素	Na2+	Fe3+	Cu2+	Ca2+	Mg2+	Zn2-
浓度/g•L-1	5.25	0.47	0.30	0.40	0.18	0.81
开始沉淀PH	6.4	2.2	4.7	/	9.6	6.5
完全沉淀PH	8.4	3.5	6.7	/	11.6	8.5

（Ⅱ）溶度积常数：

难溶物	NiS	CuS	ZnS
溶度积常数	1.07×10-21	1.27×10-26	2.93×10-25
难溶物	CaF2	MgF2	ZnF2	NiF2
溶度积常数	1.46×10-10	7.42×10-11	3.04×10-2	微溶

（1）镍矿渣中镍元素的主要存在形式是Ni（OH）2和NiS，写出浸取时反应的离子方程式3NiS+4ClO₃^-=3Ni²⁺+3SO₄^2-+4Cl^-或3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O．
（2）黄钠铁钒[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆]具有沉淀颗粒大、沉淀速度快，容易过滤等特点，常用于除铁．写出流程中第一次加入 Na₂CO₃溶液时反应的离子方程式：Na⁺+3Fe³⁺+2SO₄^2-+3H₂O+3CO₃^2-=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆↓+3CO₂↑；
（3）NiS的作用是除去溶液中的Cu²⁺，原理是NiS+Cu²⁺═CuS+Ni²⁺，该反应的平衡常数是8.43×10⁴；
（4）滤液2中加入NaF的作用是除去溶液中的Ca²⁺、Mg²⁺，则加入NaF先沉淀的离子是Mg²⁺．
（5）NiSO₄•6H₂O是一种绿色易溶于水的晶体，广泛用于化学镀镍、生产电池等，可由NiCO₃为原料获得，结合上述流程，制备NiSO₄•6H₂O的操作步骤如下：
①向被有机萃取剂萃取后所得的水层中加入足量Na₂CO₃溶液（流程中第二次加Na₂CO₃溶液），搅拌，得NiCO₃沉淀：
②过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀2-3次直至流出液用pH试纸检验呈中性；
③向沉淀中加6mol/L的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
④蒸发、冷却结晶并从溶液中分离出晶体；
⑤用少量乙醇洗涤并晾干．
确定步骤①中Na₂CO₃溶液足量，碳酸镍己完全沉淀的简单方法是：上层清液呈无色（或静置后向上层液中再加入Na₂CO₃溶液后没有沉淀生成）；
补充完整上述步骤②和③【可提供的试剂有6mol/L的H₂SO₄溶液，蒸馏水、pH试纸】．

Answer 1

分析 含镍矿渣加入稀硫酸和氯酸钠，得到含Ni²⁺的浸出液，发生Ni（OH）₂+2H⁺=Ni²⁺+2H₂O、3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O，沉淀1含有S、[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆，在滤液1中加入NiS调节溶液的pH，沉淀2中含有CuS，滤液2中加入NaF，可得到CaF₂、MgF₂等沉淀，滤液3中含有Ni²⁺、Zn²⁺，加入有机萃取剂，水层中含有Ni²⁺，在水层中加入碳酸钠，可得到NiCO₃，以此解答该题；

解答 解：含镍矿渣加入稀硫酸和氯酸钠，得到含Ni²⁺的浸出液，发生Ni（OH）₂+2H⁺=Ni²⁺+2H₂O、3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O，沉淀1含有S、[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆，在滤液1中加入NiS调节溶液的pH，沉淀2中含有CuS，滤液2中加入NaF，可得到CaF₂、MgF₂等沉淀，滤液3中含有Ni²⁺、Zn²⁺，加入有机萃取剂，水层中含有Ni²⁺，在水层中加入碳酸钠，可得到NiCO₃，
（1）根据上面的分析可知，浸取时反应的离子方程式为3NiS+4ClO₃^-=3Ni²⁺+3SO₄^2-+4Cl^-或3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O，
故答案为：3NiS+4ClO₃^-=3Ni²⁺+3SO₄^2-+4Cl^-或3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O；
（2）流程中第一次加入 Na₂CO₃溶液，调节PH值，使溶液中生成黄钠铁钒[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆]沉淀，反应的离子方程式为Na⁺+3Fe³⁺+2SO₄^2-+3H₂O+3CO₃^2-=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆↓+3CO₂↑，
故答案为：Na⁺+3Fe³⁺+2SO₄^2-+3H₂O+3CO₃^2-=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆↓+3CO₂↑；
（4）根据反应的离子方程式Cu²⁺+NiS=Ni²⁺+CuS，K=$\frac{c（N{i}^{2+}）}{c（C{u}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（NiS）}{Ksp（CuS）}$=$\frac{1.07×10{\;}^{-21}}{1.27×10{\;}^{-26}}$=8.43×10⁴，
故答案为：8.43×10⁴；
（4）滤液2中加入NaF的作用是除去溶液中的Ca²⁺、Mg²⁺，由于CaF₂的溶度积大于MgF₂，所以加入NaF先沉淀的离子是Mg²⁺，
故答案为：Mg²⁺；
（5）由分析可知，滤液3中含有Ni²⁺、Zn²⁺，加入有机萃取剂，水层中含有Ni²⁺，在水层中加入碳酸钠，可得到NiCO₃，当在上层清液中继续加碳酸钠不再产生沉淀时，说明镍离子沉淀完全了，过滤得碳酸镍固体，用蒸馏水洗涤，当洗涤滤液呈中性时说明洗涤已经干净，向中加入适量硫酸得硫酸镍，再经蒸发、冷却结晶得NiSO₄•6H₂O，所以由NiCO₃为原料制备NiSO₄•6H₂O的操作步骤如下：
①向被有机萃取剂萃取后所得的水层中加入足量Na₂CO₃溶液（流程中第二次加Na₂CO₃溶液），搅拌，得NiCO₃沉淀：
②过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀2-3次直至流出液用pH试纸检验呈中性；
③向沉淀中加6mol/L的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
④蒸发、冷却结晶并从溶液中分离出晶体；
⑤用少量乙醇洗涤并晾干．
确定步骤①中Na₂CO₃溶液足量，碳酸镍己完全沉淀的简单方法是上层清液呈无色（或静置后向上层液中再加入Na₂CO₃溶液后没有沉淀生成），
故答案为：过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀2-3次直至流出液用pH试纸检验呈中性；向沉淀中加6mol/L的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；上层清液呈无色（或静置后向上层液中再加入Na₂CO₃溶液后没有沉淀生成）．

点评 本题考查物质分离和提纯、实验装置综合等知识点，为高频考点，明确物质的性质及实验步骤是解本题关键，知道流程图中发生的反应及基本操作方法，题目难度中等．