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圖：

已知：①NiS、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）為提高“酸溶”時鎳元素的浸出率，所采取的的措施為____（寫1種）。

（2）“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_______。

（3）“氨解”的目的為__ “氨解”時需要控制低溫原因是______。

（4）“氧化”時發生反應的化學方程式為_____。

（5）“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）。

（6）若在流程中完成“系列操作”。則下列實驗操作中，不需要的是____(填下列各項中序號)。

Answer 1

【答案】廢鎳催化劑粉碎、增大硫酸濃度、升溫一種合理即可 實現鎳元素和鐵元素的分離或除去鐵元素 防止氨水分解生成氨氣，脫離反應體系，不利于生成[Ni(NH3)6]2+ 3NiS+8HNO3(稀)=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O 1.42×10-5mol·L-1 cd

【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，二氧化硅不溶于硫酸為濾渣I的主要成分；向濾液中加入過量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，據此解答本題。

（1）為提高“酸溶”時鎳元素的浸出率，可將廢鎳催化劑粉碎增加反應接觸表面積、增大硫酸濃度、升溫等措施，

故答案為：廢鎳催化劑粉碎、增大硫酸濃度、升溫一種合理即可；

（2）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：，

故答案為：；

（3）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或除去鐵元素；加熱條件下，氨會揮發，因此控制低溫的原因是：防止氨水分解生成氨氣，脫離反應體系，不利于生成[Ni(NH3)6]2+，

故答案為：實現鎳元素和鐵元素的分離或除去鐵元素；防止氨水分解生成氨氣，脫離反應體系，不利于生成[Ni(NH3)6]2+；

（4）“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，根據得失電子守恒和原子守恒，反應的化學方程式為：3NiS+8HNO3(稀)=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O，

故答案為：3NiS+8HNO3(稀)=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O；

（5）氫氧化鎳中存在溶解平衡，Ka=c(Ni2+)×c2(OH-)，根據信息，離子濃度≤10-5mol·L-1時，離子沉淀完全，則2×10-15=10-5×c2(OH-)，解得c(OH-)=1.4×10-5mol/L，則若使溶液中Ni2+沉淀完全，需維持c(OH-)不低于1.4×10-5mol/L，

故答案為：1.42×10-5mol·L-1；

（6）“系列操作”的目的是從NiSO4溶液中得到NiSO4·7H2O，其操作包括：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾，故不需要的操作為cd，

故答案為：cd。