Question

3．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)的溶解性如下表：

表1			表2
物質(zhì)	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=9.60×10-6

（1）調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是5.0≤pH＜6.7．
（2）濾渣1和濾渣3主要成分的化學式分別是SiO₂、CaSO₄、CaF₂．
（3）寫出氧化步驟中加入H₂O₂發(fā)生反應的離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（4）酸浸過程中，lmol NiS失去6N_A個電子，同時生成兩種無色有毒氣體．寫出該反應的化學方程式NiS+H₂SO₄+2HNO₃═NiSO₄+SO₂↑+2NO↑+2H₂O．
（5）沉鎳過程中，若c（Ni²⁺）=2.0mol•L^-1，欲使100mL該濾液中的Ni²⁺沉淀完全[c（Ni²⁺）≤10^-5mol•L^-1]，則需要加入Na₂CO₃固體的質(zhì)量最少為31.4gg．（保留小數(shù)點后1位有效數(shù)字）
（6）保持其他條件不變，在不同溫度下對含鎳廢料進行酸浸，鎳浸出率隨時間變化如下圖．酸浸的最佳溫度與時間分別為70℃、120min．

Answer 1

分析 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為二氧化硅和硫酸鈣，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；
（1）調(diào)節(jié)pH使Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析；
（2）根據(jù)流程分析；
（3）加H₂O₂把亞鐵離子氧化為Fe³⁺；
（4）酸浸過程中，1mol NiS失去6N_A個電子，同時生成兩種無色有毒氣體，則生成NO和SO₂；
（5）已知NiCO₃的Ksp=9.6×10^-4，使100ml該濾液中的Ni²⁺沉淀物完全，即[c（Ni²⁺）≤10^-5mol•L^-1]，求出碳酸根離子的濃度，然后求出其物質(zhì)的量和質(zhì)量；
（6）根據(jù)圖象中不同溫度、時間下酸浸出率分析．

解答 解：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為二氧化硅和硫酸鈣，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；
（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；
故答案為：5.0≤pH＜6.7；
（2）由流程分析可知，濾渣1為二氧化硅和硫酸鈣，濾渣3為CaF₂；
故答案為：SiO₂、CaSO₄；CaF₂；
（3）溶液中的亞鐵離子不容易轉(zhuǎn)化為沉淀，加H₂O₂把亞鐵離子氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）酸浸過程中，1mol NiS被硝酸氧化失去6N_A個電子，同時生成兩種無色有毒氣體，則生成NO和SO₂，其反應的化學方程式為：NiS+H₂SO₄+2HNO₃═NiSO₄+SO₂↑+2NO↑+2H₂O；
故答案為：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⁺沉淀物完全，即[c（Ni²⁺）≤10^-5mol•L^-1]，
則溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{Ksp}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{9.6×1{0}^{-6}}{1{0}^{-5}}$mol/L=0.96mol/L，與Ni²⁺反應的n（CO₃^2-）=cV=2mol/L×0.1L=0.2mol，
則加入的碳酸鈉的總物質(zhì)的量n（CO₃^2-）=0.2mol+0.96mol/L×0.1L=0.296mol，
所以m=nM=0.296mol×106g/mol=31.4g，
故答案為：31.4；
（6）由圖象可知，為70℃、120min時，酸浸出率最高，故答案為：70；120．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純基本操作和綜合應用、溶度積常數(shù)的有關(guān)計算，題目難度中等，側(cè)重于考查學生的分析能力和計算能力，注意把握常見物質(zhì)或離子的分離提純方法．