Question

【題目】元素Ni用途廣泛，工業上以硫化鎳礦(含少量雜質硫化銅、硫化亞鐵)為原料制備并精制鎳的基本流程如下：

已知：①電極電位(E)能體現微粒的氧化還原能力強弱，如：

H2 -2e-= 2H+ E=0.00V； Cu-2e- =Cu2+ E=0.34V；

Fe -2e-= Fe2+ E=-0.44V； Ni-2e-=Ni2+ E=-0.25V

②常溫下溶度積常數 Ksp(NiS)=1.07×10-21； Ksp(CuS)=1.27×10-36

(1)可用光潔的鎳絲代替鉑絲蘸取化學試劑在焰色反應實驗中灼燒，原因是_________。

(2)就制備高鎳礦的相關問題請回答：

①通入氧氣時控制適量的目的是________________。

②已知礦渣能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，原因是__________________。

(3)電解制粗鎳時陽極發生的主要電極反應式___________________。

(4)電解精煉鎳的過程需控制pH為2～5，試分析原因__________________。

(5)工業生產中常用加NiS的方法除去溶液中的Cu2+，若過濾后溶液中c(Ni2+) 為0.107 mol/L，則濾液中殘留的c(Cu2+)為________ mol/L。

Answer 1

【答案】鎳的焰色反應為無色 將部分硫元素轉化為SO2除去；防止氧化Fe2+，便于用石英砂造渣除鐵 礦渣中含有Fe2+ NiS-2e-=Ni2++S 根據電極電位可知，H+先于Ni2+放電，當pH＜2時，c(H+)大，易在陽極放電，當pH＞5時，c(OH-)增大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀 1.27×10-16

【解析】

根據流程：將硫化鎳礦(含少量雜質硫化銅、硫化亞鐵)熔煉后將部分硫元素以二氧化硫的形式除去，二氧化硫可用于制硫酸，得到低鎳礦，加入適量的氧氣，用石英造渣除鐵得到Fe2SiO4，反應為：SiO2+2FeO2FeOSiO2，將得到高鎳礦浮選出NiS(含CuS)，為提高浮選率，將其破碎細磨，將NiS(含CuS)在NiSO4溶液中電解，陽極的反應為：NiS-2e-=Ni2++S、CuS-2e-=Cu2++S，陰極為：Ni2++2e-=Ni，Cu2++2e-=Cu，制得粗Ni含有少量Cu，將粗Ni用NiSO4溶液，控制pH為2～5，電解精煉，粗Ni為陽極，反應為：Ni-2e-=Ni2+，Cu從粗Ni脫落形成陽極泥，陰極為Ni2++2e-=Ni，陰極制得精Ni，據此分析作答。

(1)鎳絲灼燒時火焰呈無色，不影響其他金屬元素的焰色，故焰色反應實驗可以用光潔的鎳絲代替鉑絲蘸取化學試劑灼燒；

(2)①通入氧氣時控制適量的目的是可以使其中的S元素氧化為SO2氣體逸出，同時又防止氧化Fe2+，便于用石英砂造渣除鐵；

②已知礦渣能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，原因是礦渣中含有Fe2+，Fe2+具有還原性，與具有氧化性的酸性高錳酸鉀發生氧化還原反應而使酸性高錳酸鉀溶液的紫色褪去；

(3)電解制粗鎳時陽極上是NiS失去電子，發生氧化反應，主要電極反應式為：NiS-2e-=Ni2++S；

(4)根據電極電位可知，H+先于Ni2+放電，當pH＜2時，c(H+)大，易在陽極放電，當pH＞5時，c(OH-)增大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀，所以電解精煉鎳的過程需控制pH為2～5；

(5)工業生產中常用加NiS的方法除去溶液中的Cu2+，若過濾后溶液中c(Ni2+)為0.107 mol/L，由于Ksp(NiS)=1.07×10-21，則溶液中S2-濃度為c(S2-)=mol/L=1.0×10-20mol/L，根據Ksp(CuS)=1.27×10-36，可知濾液中殘留的c(Cu2+)=mol/L=1.27 ×10-16mol/L。