Question

6．碳酸鎳可用于電鍍、陶瓷器著色等．鎳礦渣中鎳元素的主要存在形式是Ni（OH）2和NiS（含有Fe、Cu、Ca、Mg、Zn等元素雜質），從鎳礦渣出發(fā)制備碳酸鎳的流程如下：

已知：（Ⅰ）含鎳浸出液的成分及離子沉淀的pH：

元素	Na2+	Fe3+	Cu2+	Ca2+	Mg2+	Zn2-
濃度/g•L-1	5.25	0.47	0.30	0.40	0.18	0.81
開始沉淀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）溶度積常數：

難溶物	NiS	CuS	ZnS
溶度積常數	1.07×10-21	1.27×10-26	2.93×10-25
難溶物	CaF2	MgF2	ZnF2	NiF2
溶度積常數	1.46×10-10	7.42×10-11	3.04×10-2	微溶

（1）鎳礦渣中鎳元素的主要存在形式是Ni（OH）2和NiS，寫出浸取時反應的離子方程式3NiS+4ClO₃^-=3Ni²⁺+3SO₄^2-+4Cl^-或3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O．
（2）黃鈉鐵釩[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆]具有沉淀顆粒大、沉淀速度快，容易過濾等特點，常用于除鐵．寫出流程中第一次加入 Na₂CO₃溶液時反應的離子方程式：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⁺，該反應的平衡常數是8.43×10⁴；
（4）濾液2中加入NaF的作用是除去溶液中的Ca²⁺、Mg²⁺，則加入NaF先沉淀的離子是Mg²⁺．
（5）NiSO₄•6H₂O是一種綠色易溶于水的晶體，廣泛用于化學鍍鎳、生產電池等，可由NiCO₃為原料獲得，結合上述流程，制備NiSO₄•6H₂O的操作步驟如下：
①向被有機萃取劑萃取后所得的水層中加入足量Na₂CO₃溶液（流程中第二次加Na₂CO₃溶液），攪拌，得NiCO₃沉淀：
②過濾，并用蒸餾水洗滌沉淀2-3次直至流出液用pH試紙檢驗呈中性；
③向沉淀中加6mol/L的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
④蒸發(fā)、冷卻結晶并從溶液中分離出晶體；
⑤用少量乙醇洗滌并晾干．
確定步驟①中Na₂CO₃溶液足量，碳酸鎳己完全沉淀的簡單方法是：上層清液呈無色（或靜置后向上層液中再加入Na₂CO₃溶液后沒有沉淀生成）；
補充完整上述步驟②和③【可提供的試劑有6mol/L的H₂SO₄溶液，蒸餾水、pH試紙】．

Answer 1

分析 含鎳礦渣加入稀硫酸和氯酸鈉，得到含Ni²⁺的浸出液，發(fā)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，在濾液1中加入NiS調節(jié)溶液的pH，沉淀2中含有CuS，濾液2中加入NaF，可得到CaF₂、MgF₂等沉淀，濾液3中含有Ni²⁺、Zn²⁺，加入有機萃取劑，水層中含有Ni²⁺，在水層中加入碳酸鈉，可得到NiCO₃，以此解答該題；

解答 解：含鎳礦渣加入稀硫酸和氯酸鈉，得到含Ni²⁺的浸出液，發(fā)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，在濾液1中加入NiS調節(jié)溶液的pH，沉淀2中含有CuS，濾液2中加入NaF，可得到CaF₂、MgF₂等沉淀，濾液3中含有Ni²⁺、Zn²⁺，加入有機萃取劑，水層中含有Ni²⁺，在水層中加入碳酸鈉，可得到NiCO₃，
（1）根據上面的分析可知，浸取時反應的離子方程式為3NiS+4ClO₃^-=3Ni²⁺+3SO₄^2-+4Cl^-或3NiS+ClO₃^-+6H⁺=3Ni²⁺+3S+Cl^-+3H₂O，
故答案為：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，調節(jié)PH值，使溶液中生成黃鈉鐵釩[NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆]沉淀，反應的離子方程式為Na⁺+3Fe³⁺+2SO₄^2-+3H₂O+3CO₃^2-=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆↓+3CO₂↑，
故答案為：Na⁺+3Fe³⁺+2SO₄^2-+3H₂O+3CO₃^2-=NaFe₃（SO₄）₂（OH）₆↓+3CO₂↑；
（4）根據反應的離子方程式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，
故答案為：8.43×10⁴；
（4）濾液2中加入NaF的作用是除去溶液中的Ca²⁺、Mg²⁺，由于CaF₂的溶度積大于MgF₂，所以加入NaF先沉淀的離子是Mg²⁺，
故答案為：Mg²⁺；
（5）由分析可知，濾液3中含有Ni²⁺、Zn²⁺，加入有機萃取劑，水層中含有Ni²⁺，在水層中加入碳酸鈉，可得到NiCO₃，當在上層清液中繼續(xù)加碳酸鈉不再產生沉淀時，說明鎳離子沉淀完全了，過濾得碳酸鎳固體，用蒸餾水洗滌，當洗滌濾液呈中性時說明洗滌已經干凈，向中加入適量硫酸得硫酸鎳，再經蒸發(fā)、冷卻結晶得NiSO₄•6H₂O，所以由NiCO₃為原料制備NiSO₄•6H₂O的操作步驟如下：
①向被有機萃取劑萃取后所得的水層中加入足量Na₂CO₃溶液（流程中第二次加Na₂CO₃溶液），攪拌，得NiCO₃沉淀：
②過濾，并用蒸餾水洗滌沉淀2-3次直至流出液用pH試紙檢驗呈中性；
③向沉淀中加6mol/L的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；
④蒸發(fā)、冷卻結晶并從溶液中分離出晶體；
⑤用少量乙醇洗滌并晾干．
確定步驟①中Na₂CO₃溶液足量，碳酸鎳己完全沉淀的簡單方法是上層清液呈無色（或靜置后向上層液中再加入Na₂CO₃溶液后沒有沉淀生成），
故答案為：過濾，并用蒸餾水洗滌沉淀2-3次直至流出液用pH試紙檢驗呈中性；向沉淀中加6mol/L的H₂SO₄溶液，直至恰好完全溶解；上層清液呈無色（或靜置后向上層液中再加入Na₂CO₃溶液后沒有沉淀生成）．

點評 本題考查物質分離和提純、實驗裝置綜合等知識點，為高頻考點，明確物質的性質及實驗步驟是解本題關鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應及基本操作方法，題目難度中等．