Question

【題目】硫酸鎳是一種重要的化工中間體，是鎳行業研究的熱點。一種以石油化工中廢鎳催化劑（主要成分為NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3）為原料制備硫酸鎳的工業流程如下：

已知：① NiS、Ni(OH)2、Cr(OH)3均難溶于水，Cr(OH)3是兩性氫氧化物。

②Fe(OH)3不溶于NH4Cl—氨水的混合液，Ni(OH)2溶于NH4Cl—氨水的混合液生成[Ni(NH3)6]2+。

③離子濃度≤10-5mol·L-1時，離子沉淀完全。

請回答下列問題：

（1）“酸溶”時應先將廢鎳催化劑粉碎，再與20%硫酸在100℃下反應2小時，該操作的目的為_____。

（2）“濾渣I”主要成分在工業上的用途為___（只寫1種即可），NH4Cl的電子式為_____。

（3）“一次堿析”時，加入的NaOH溶液需過量，則含鉻微粒發生反應的離子方程式為____。

（4）“氨解”的目的為________， “凈化”時加入的H2S的目的是將鎳元素轉化為NiS沉淀，對應的離子方程式為：________。

（5）“氧化”時發生反應的離子方程為________。

（6）“二次堿浸”時，若使溶液中的Ni2+沉淀完全，則需維持c(OH-)不低于____。(已知Ni(OH)2的Ksp=2×10-15， ≈1.4）。

（7）工業上利用電解法處理含氯化鎳的酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法不正確的是________。

已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中發生水解；

②氧化性：Ni2＋(高濃度)>H＋>Ni2＋(低濃度)。

A．碳棒上發生的電極反應：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O

B．電解過程中，B中NaCl溶液的物質的量濃度將不斷減小

C．為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水pH

D．若將圖中陽離子膜去掉，將A、B兩室合并，則電解反應總方程式發生改變

Answer 1

【答案】加快反應速率，提高鎳元素的浸出率 制玻璃或制光導纖維 Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O 實現鎳元素和鐵元素的分離 [Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑ 3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O 1.4×10-5mol·L-1 B

【解析】

廢鎳催化劑（主要成分為NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3）

經酸溶得到硫酸鎳、硫酸鐵、硫酸鉻溶液，二氧化硅不溶于酸為濾渣Ⅰ的主要成分；向濾液中加入氫氧化鈉溶液得到氫氧化鎳沉淀、氫氧化鐵沉淀、偏鉻酸鈉溶液，偏鉻酸鈉溶液為濾液Ⅰ的主要成分；向沉淀中加入NH4Cl—氨水的混合液，氫氧化鐵沉淀不溶于此溶液，為濾渣Ⅱ的主要成分，氫氧化鎳沉淀溶于此溶液得到[Ni(NH3)6]2+溶液；向溶液中通入H2S，生成NiS沉淀；向沉淀中滴入稀硝酸得到硝酸鎳；向硝酸鎳中加入氫氧化鈉溶液得到氫氧化鎳沉淀；向沉淀中加入硫酸得到硫酸鎳；在經過系列操作得到NiSO4·7H2O。據此解答。

（1）“酸溶”時應先將廢鎳催化劑粉碎，再與20%硫酸在100℃下反應2小時，是為了增大接觸面積，加快反應速率，提高鎳元素的浸出率。本小題答案為：加快反應速率，提高鎳元素的浸出率。

（2）二氧化硅不溶于稀硫酸，則“濾渣I”主要成分是二氧化硅， 二氧化硅主要應用于制玻璃或制光導纖維；NH4Cl中即含離子鍵又含共價鍵，是離子化合物，電子式為。本小題答案為：制玻璃或制光導纖維；。

（3）根據信息可知，Cr(OH)3是兩性氫氧化物，性質類似于氫氧化鋁，鉻離子與少量氫氧化鈉反應生成氫氧化鉻，若氫氧化鈉過量，則過量的氫氧化鈉與氫氧化鉻繼續反應生成偏鉻酸鈉，故“一次堿析”時，加入的NaOH溶液需過量，則含鉻微粒發生反應的離子方程式為Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O。本小題答案為：Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O。

（4）廢鎳催化劑中的鐵元素在“一次堿析”時轉化為氫氧化鐵，由于Fe(OH)3不溶于NH4Cl—氨水的混合液，Ni(OH)2溶于NH4Cl—氨水的混合液生成[Ni(NH3)6]2+，則 “氨解”的目的是實現鎳元素和鐵元素的分離；“凈化”時加入H2S，H2S與[Ni(NH3)6]2+發生反應生成NiS沉淀，離子方程式為[Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑。本小題答案為：實現鎳元素和鐵元素的分離；[Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑。

（5）“氧化”時發生的反應是稀硝酸和NiS的反應，根據流程圖反應生成S，則稀硝酸中的氮元素由+5價降低到+2價生成NO，NiS中的硫元素由-2價升高到0價生成S單質，根據得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒，反應的離子方程式為3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O。本小題答案為：3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O。

（6）氫氧化鎳中存在溶解平衡，。根據信息離子濃度≤10-5mol·L-1時，離子沉淀完全，則，c(OH-)=1.4×10-5mol·L-1， 則若使溶液中的Ni2+沉淀完全，需維持c(OH-)不低于1.4×10-5mol·L-1。本小題答案為：1.4×10-5mol·L-1。

（7）A. 由圖知，碳棒與電源正極相連是電解池的陽極，電極反應4OH4e=2H2O+O2↑，故A正確；

B. 鍍鎳鐵棒與電源負極相連是電解池的陰極，電極反應Ni2++2e=Ni，電解過程中為平衡A、C中的電荷，A中的Na+和C中的Cl分別通過陽離子膜和陰離子膜移向B中，這使B中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，故B錯誤；

C. 因Ni2+在弱酸性溶液中易發生水解；氧化性Ni2+(高濃度)>H+>Ni2+(低濃度)，為了提高Ni的產率，電解過程中需要控制廢水pH，故C正確；

D. 若將圖中陽離子膜去掉，由于放電順序Cl>OH，則Cl移向陽極放電：2Cl 2e=Cl2↑，電解反應總方程式會發生改變，故D正確。答案選B。