Question

以镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)为原料，生产NiO的部分工艺流程如下：

已知：下表列出了几种金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L^－1计算)。

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

(1) “酸溶”时Ni转化为NiSO₄，该过程中温度控制在70～80 ℃的原因是________。

(2) “氧化”时，Fe^2＋参加反应的离子方程式为________。

(3) “除铁”时需控制溶液的pH范围为________。

(4) “滤渣”的主要成分为________(填化学式)。

(5) “沉镍”时得到碱式碳酸镍[用xNiCO₃·yNi(OH)₂表示]沉淀。

①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，该反应的化学方程式为________。

②“沉镍”时，溶液pH增大，碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加，原因是________。

Answer

温度低于70 ℃，反应速率降低,温度高于80 ℃，HNO3分解(或挥发)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，碱式碳酸镍中Ni(OH)2比例增大

【解析】

镍废料(主要成分为镍铁合金，含少量铜)加稀硫酸、稀硝酸进行“酸溶”，其中铁、镍溶于酸，铜也与硝酸反应产生氮氧化物；“氧化”时加入H2O2可将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，加入氢氧化钠调节溶液pH除去铁离子，过滤得到氢氧化铁滤渣和滤液；向除铁后的滤液中通入H2S气体，发生反应H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，除去Cu2+；再向除铜后的滤液中加入碳酸钠溶液沉淀镍离子，过滤、洗涤、干燥得到的固体经煅烧得到NiO，据此分析作答。

（1）“酸溶”时加入了硫酸与硝酸溶液，考虑温度过低，工艺流程中化学反应速率较低，而温度过高，硝酸分解加快，不利于溶解铜，故答案为温度低于70 ℃，反应速率降低,温度高于80 ℃，HNO3分解(或挥发)加快；

（2）“氧化”时加入H2O2可将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，发生的离子方程式为：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O；

（3）“除铁”时要求铁离子全部除掉，pH3.3，镍离子和铜离子留在溶液中，pH<7.7，所以需控制溶液的pH范围为3.3≤pH<7.7；

（4）向除铁后的滤液中通入H2S气体，发生反应H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，因此滤渣的成分为CuS；

（5）①在隔绝空气条件下，“煅烧”碱式碳酸镍得到NiO，xNiCO3·yNi(OH)2高温下分解生成NiO、CO2和H2O，其化学方程式为：xNiCO3·yNi(OH)2(x＋y)NiO＋xCO2↑＋yH2O；

②碱式碳酸镍[用xNiCO3·yNi(OH)2表示]沉淀中Ni(OH)2中Ni含量高于NiCO3，pH越大，碱式碳酸镍中Ni(OH)2比例增大，所以碱式碳酸镍中Ni元素含量会增加。