Question

3．醋酸镍[（CH₃COO）₂Ni]是一种重要的化工原料．一种以含镍废料（含NiS、Al₂O₃、FeO、CaO、SiO₂）为原料，制取醋酸镍的工艺流程图如下：

相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：

表1			表2
物质	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH	物质	20℃时溶解性（H2O）
Fe3+	1.1	3.2	CaSO4	微溶
Fe2+	5.8	8.8	NiF	可溶
Al3+	3.0	5.0	CaF2	难溶
Ni2+	6.7	9.5	NiCO3	KSP=9.60×10-6

（1）调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是5.0≤pH＜6.7．
（2）滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是SiO₂、CaSO₄、CaF₂．
（3）写出氧化步骤中加入H₂O₂发生反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O．
（4）酸浸过程中，lmol NiS失去6N_A个电子，同时生成两种无色有毒气体．写出该反应的化学方程式NiS+H₂SO₄+2HNO₃═NiSO₄+SO₂↑+2NO↑+2H₂O．
（5）沉镍过程中，若c（Ni²⁺）=2.0mol•L^-1，欲使100mL该滤液中的Ni²⁺沉淀完全[c（Ni²⁺）≤10^-5mol•L^-1]，则需要加入Na₂CO₃固体的质量最少为31.4gg．（保留小数点后1位有效数字）
（6）保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如下图．酸浸的最佳温度与时间分别为70℃、120min．

Answer 1

分析 含镍废料（含 NiS、Al₂O₃、FeO、CaO、SiO₂）粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，过滤，滤渣1为二氧化硅和硫酸钙，浸出液含有Ni²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺，加H₂O₂把亚铁离子氧化为Fe³⁺，然后加NaOH调节pH，使Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，同时Ni²⁺不能转化为沉淀，所以调节pH的范围5.0≤pH＜6.7，过滤，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝，滤液中含有Ni²⁺、Ca²⁺，再加氟化铵，生成CaF₂沉淀，过滤，滤渣3为CaF₂，滤液中加碳酸钠生成NiCO₃沉淀，过滤，滤渣中加醋酸溶解，生成（CH₃COO）₂Ni溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶得到（CH₃COO）₂Ni固体；
（1）调节pH使Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，根据表中的数据分析；
（2）根据流程分析；
（3）加H₂O₂把亚铁离子氧化为Fe³⁺；
（4）酸浸过程中，1mol NiS失去6N_A个电子，同时生成两种无色有毒气体，则生成NO和SO₂；
（5）已知NiCO₃的Ksp=9.6×10^-4，使100ml该滤液中的Ni²⁺沉淀物完全，即[c（Ni²⁺）≤10^-5mol•L^-1]，求出碳酸根离子的浓度，然后求出其物质的量和质量；
（6）根据图象中不同温度、时间下酸浸出率分析．

解答 解：含镍废料（含 NiS、Al₂O₃、FeO、CaO、SiO₂）粉碎，加硫酸和硝酸酸浸，过滤，滤渣1为二氧化硅和硫酸钙，浸出液含有Ni²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Ca²⁺，加H₂O₂把亚铁离子氧化为Fe³⁺，然后加NaOH调节pH，使Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，同时Ni²⁺不能转化为沉淀，所以调节pH的范围5.0≤pH＜6.7，过滤，滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝，滤液中含有Ni²⁺、Ca²⁺，再加氟化铵，生成CaF₂沉淀，过滤，滤渣3为CaF₂，滤液中加碳酸钠生成NiCO₃沉淀，过滤，滤渣中加醋酸溶解，生成（CH₃COO）₂Ni溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶得到（CH₃COO）₂Ni固体；
（1）调节pH使Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，同时Ni²⁺不能转化为沉淀，根据表中的数据可知，调节pH的范围为5.0≤pH＜6.7；
故答案为：5.0≤pH＜6.7；
（2）由流程分析可知，滤渣1为二氧化硅和硫酸钙，滤渣3为CaF₂；
故答案为：SiO₂、CaSO₄；CaF₂；
（3）溶液中的亚铁离子不容易转化为沉淀，加H₂O₂把亚铁离子氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（4）酸浸过程中，1mol NiS被硝酸氧化失去6N_A个电子，同时生成两种无色有毒气体，则生成NO和SO₂，其反应的化学方程式为：NiS+H₂SO₄+2HNO₃═NiSO₄+SO₂↑+2NO↑+2H₂O；
故答案为：NiS+H₂SO₄+2HNO₃═NiSO₄+SO₂↑+2NO↑+2H₂O；
（5）已知NiCO₃的Ksp=9.6×10^-6，使100ml该滤液中的Ni²⁺沉淀物完全，即[c（Ni²⁺）≤10^-5mol•L^-1]，
则溶液中c（CO₃^2-）=$\frac{Ksp}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{9.6×1{0}^{-6}}{1{0}^{-5}}$mol/L=0.96mol/L，与Ni²⁺反应的n（CO₃^2-）=cV=2mol/L×0.1L=0.2mol，
则加入的碳酸钠的总物质的量n（CO₃^2-）=0.2mol+0.96mol/L×0.1L=0.296mol，
所以m=nM=0.296mol×106g/mol=31.4g，
故答案为：31.4；
（6）由图象可知，为70℃、120min时，酸浸出率最高，故答案为：70；120．

点评 本题考查了物质分离提纯基本操作和综合应用、溶度积常数的有关计算，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力，注意把握常见物质或离子的分离提纯方法．