Question

【題目】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：

T ℃時相關(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：

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH	物質(zhì)	T ℃時溶解性(H2O)
Fe3＋	1.1	3.2	CaSO4	微溶
Fe2＋	5.8	8.8	NiF2	可溶
Al3＋	3.0	5.0	CaF2	難溶
Ni2＋	6.7	9.5	NiCO3	Ksp＝1.00×10－5

(1)“酸浸”前將廢料粉碎，其目的是____________________。

(2)調(diào)節(jié)pH步驟中，溶液pH的調(diào)節(jié)范圍是________________。

(3)濾渣1主要成分的化學(xué)式是CaSO4和_____，濾渣3主要成分的化學(xué)式______。

(4)寫出氧化步驟中加入H2O2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_______________。

(5)酸浸過程中，1 mol NiS失去6NA個電子，同時生成兩種無色有毒氣體。寫出該反應(yīng)化學(xué)方程式：______________________。

(6)沉鎳過程中，若c(Ni2＋)=2.0 mol/L，欲使100 mL該濾液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤1.0×10－5 mol/L]，則需要加入Na2CO3(M=106 g/mol)固體的質(zhì)量最少為_____g。

(7)加入醋酸進(jìn)行酸溶得到醋酸鎳溶液，一定條件指的是 ________、________過濾、洗滌、干燥得到醋酸鎳產(chǎn)品。

Answer 1

【答案】加快反應(yīng)速度，提高鎳的浸出率 5.0≤pH<6.7 SiO2 CaF2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O 31.8 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶

【解析】

制取醋酸鎳的工藝流程為：含鎳廢料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，NiS、Al2O3、FeO、CaO會發(fā)生反應(yīng)，NiS、Al2O3、FeO產(chǎn)生相應(yīng)的鹽進(jìn)入溶液，SiO2不能反應(yīng)，CaO反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為微溶于水的CaSO4，所以反應(yīng)后過濾，濾渣1為二氧化硅和硫酸鈣，浸出液含有Ni2+、Fe2+、Al3+、Ca2+，加H2O2把溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，然后加NaOH調(diào)節(jié)pH，使Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以濾渣2為Al(OH)3、Fe(OH)3，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，向溶液中加入NH4F，溶液中的Ca2+與F-會發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CaF2沉淀，過濾，濾渣3為CaF2，向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)“酸浸”前將廢料粉碎，其目的是可增大固體接觸面積，從而提高了鎳的浸出率。

(2)H2O2把溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，然后加NaOH調(diào)節(jié)pH，使Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，所以濾渣2為Al(OH)3、Fe(OH)3，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。

(3)根據(jù)上述分析可知濾渣1主要成分的化學(xué)式是CaSO4和SiO2，向含有Ni2+的濾液中加入NH4F，溶液中的Ca2+與F-會發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CaF2沉淀，所以濾渣3主要成分的化學(xué)式CaF2。

(4)在氧化步驟中，加入H2O2，可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，把Fe2+氧化為Fe3+，反應(yīng)的離子方程式：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O。

(5)在用H2SO4、HNO3進(jìn)行酸浸過程中，1 mol NiS失去6NA個電子，被氧化產(chǎn)生NiSO4，同時得到SO2、NO兩種無色有毒氣體。該反應(yīng)化學(xué)方程式：NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO↑+2H2O。

(6)已知NiCO3的Ksp=1.0×10-5，使100ml該濾液中的Ni2+沉淀物完全，則c(Ni2+)≤10-5mol/L，溶液中c(CO32-)=mol/L=1.0mol/L，與Ni2+反應(yīng)的n(CO32-)=2mol/L×0.1L=0.2mol，則加入的碳酸鈉的總物質(zhì)的量：n(CO32-)=0.2mol+1.0mol/L×0.1L=0.3mol，所以需要加入Na2CO3固體的質(zhì)量最少m(Na2CO3)=0.3mol×106g/mol=31.8g；

(7)加入醋酸進(jìn)行酸溶得到醋酸鎳溶液，將該溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，然后過濾、洗滌、干燥得到醋酸鎳產(chǎn)品。