Question

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：

金属离子	开始沉淀时的pH	沉淀完全时的pH
Fe^3+	1. 1	3.2
Fe^2+	5.8	8.8
Al^3+	3.0	5.0
Ni^2+	6.7	9.5

物质	20℃时溶解性(H2O)
CaSO4	微溶
NiF	可溶
CaF2	难溶
NiCO3	Ksp= 1.0×10^-5

(1)NH₄F的电子式为____________。

(2)将含镍原料粉碎的目的是____________。

(3)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是____________。

(4)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是____________、_____________。

(5)写出氧化步骤中加入H₂O₂发生反应的离子方程式_____________。

(6)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：_______________。

(7)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图。酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、_______min。

(8)沉镍过程中,若c(Ni²⁺)＝2.0 mol·L^-1，欲使100 mL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______g。（保留小数点后1位有效数字）。

Answer

提高镍的浸出率 5.0≤pH<6.7 SiO2 CaSO4、CaF2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO+2H2O 70 120 31.8

【解析】原料经粉碎处理后进行酸浸以提取目标元素镍，但是杂质元素铝、铁、钙也会进入溶液，二氧化硅不溶于酸成为滤渣；浸出液中亚铁离子经双氧水氧化为铁离子后，加碱调节pH,将浸出液中的铁离子和铝离子沉淀，再加氟化铵将钙离子沉淀，过滤，向滤液中加碳酸钠沉镍，过滤，用醋酸将滤渣溶解后分离得醋酸镍。

(1)NH4F的电子式为 。

(2)将含镍原料粉碎的目的是增大反应接触面积加快化学反应速率，使反应充分发生，提高镍的浸出率 。

(3)调节pH步骤中，溶液pH控制在铁离子和铝离子完全沉淀、但是镍离子不能沉淀的范围，所以调节范围是5.0≤pH<6.7 。

(4)由表中数据可知，硫酸钙微溶、氟化钙难溶，所以滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是CaSO4、CaF2 。

(5)氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 。

(6)酸浸过程中，lmol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体，由此可知S的化合价从-2升高到+4，稀硝酸被还原为一氧化氮，该反应的化学方程式为NiS+H2SO4+2HNO3=NiSO4+SO2↑+2NO+2H2O 。

(7)由图像可知， 温度为70℃和90℃酸浸时间为120min，镍的浸取率都达到了最高，所以最佳温度与时间分别为70 ℃、120 min，选用较低的温度可节约能源。

(8)沉镍过程中,若c(Ni2+)＝2.0 mol·L-1，欲使100 mL该滤液中的Ni2+（物质的量为0.2mol）沉淀完全[c(Ni2+)≤10-5mol·L-1]，反应消耗0.2mol Na2CO3，同时需使溶液中c(CO32-)≥ = =1mol/L,则需要加入Na2CO3固体的物质的量最少为0.3mol（沉淀0.2mol镍离子需要0.2mol Na2CO3,还得溶解0.1mol使溶液中c(CO32-)≥1mol/L），则需要加入Na2CO3固体的质量最少为31.8 g。