Question

【題目】以鎳廢料(主要成分為鎳鐵合金，含少量銅)為原料，生產NiO的部分工藝流程如下：

已知：下表列出了幾種金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L－1計算)。

氫氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Ni(OH)2
開始沉淀的pH	1.5	6.5	7.7
沉淀完全的pH	3.3	9.9	9.2

(1) “酸溶”時Ni轉化為NiSO4，該過程中溫度控制在70～80 ℃的原因是________。

(2) “氧化”時，Fe2＋參加反應的離子方程式為________。

(3) “除鐵”時需控制溶液的pH范圍為________。

(4) “濾渣”的主要成分為________(填化學式)。

(5) “沉鎳”時得到堿式碳酸鎳[用xNiCO3·yNi(OH)2表示]沉淀。

①在隔絕空氣條件下，“煅燒”堿式碳酸鎳得到NiO，該反應的化學方程式為________。

②“沉鎳”時，溶液pH增大，堿式碳酸鎳中Ni元素含量會增加，原因是________。

Answer 1

【答案】溫度低于70 ℃，反應速率降低,溫度高于80 ℃，HNO3分解(或揮發)加快 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O 3.3≤pH<7.7 CuS xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O Ni(OH)2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，堿式碳酸鎳中Ni(OH)2比例增大

【解析】

鎳廢料(主要成分為鎳鐵合金，含少量銅)加稀硫酸、稀硝酸進行“酸溶”，其中鐵、鎳溶于酸，銅也與硝酸反應產生氮氧化物；“氧化”時加入H2O2可將“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，加入氫氧化鈉調節溶液pH除去鐵離子，過濾得到氫氧化鐵濾渣和濾液；向除鐵后的濾液中通入H2S氣體，發生反應H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，除去Cu2+；再向除銅后的濾液中加入碳酸鈉溶液沉淀鎳離子，過濾、洗滌、干燥得到的固體經煅燒得到NiO，據此分析作答。

（1）“酸溶”時加入了硫酸與硝酸溶液，考慮溫度過低，工藝流程中化學反應速率較低，而溫度過高，硝酸分解加快，不利于溶解銅，故答案為溫度低于70 ℃，反應速率降低,溫度高于80 ℃，HNO3分解(或揮發)加快；

（2）“氧化”時加入H2O2可將“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，發生的離子方程式為：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；

（3）“除鐵”時要求鐵離子全部除掉，pH3.3，鎳離子和銅離子留在溶液中，pH<7.7，所以需控制溶液的pH范圍為3.3≤pH<7.7；

（4）向除鐵后的濾液中通入H2S氣體，發生反應H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，因此濾渣的成分為CuS；

（5）①在隔絕空氣條件下，“煅燒”堿式碳酸鎳得到NiO，xNiCO3·yNi(OH)2高溫下分解生成NiO、CO2和H2O，其化學方程式為：xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O；

②堿式碳酸鎳[用xNiCO3·yNi(OH)2表示]沉淀中Ni(OH)2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，堿式碳酸鎳中Ni(OH)2比例增大，所以堿式碳酸鎳中Ni元素含量會增加。