Question

硫酸镍是一种重要的化工中间体，是镍行业研究的热点。一种以石油化工中废镍催化剂(主要成分为NiCO₃和SiO₂，含少量Fe₂O₃、Cr₂O₃)为原料制备硫酸镍的工业流程如图：

已知：①NiS、Ni(OH)₂、Cr(OH)₃均难溶于水，Cr(OH)₃是两性氢氧化物。

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离子浓度≤10^-5mol·L^-1时，离子沉淀完全。请回答下列问题：

（1）为提高“酸溶”时镍元素的浸出率，所采取的的措施为____（写1种）。

（2）“一次碱析”时，加入的NaOH溶液需过量，则含铬微粒发生反应的离子方程式为_______。

（3）“氨解”的目的为__ “氨解”时需要控制低温原因是______。

（4）“氧化”时发生反应的化学方程式为_____。

（5）“二次碱浸”时，若使溶液中的Ni²⁺沉淀完全，则需维持c(OH^-)不低于_____。(已知：Ni(OH)₂的K_sp=2×10^-15，≈1.4）。

（6）若在流程中完成“系列操作”。则下列实验操作中，不需要的是____(填下列各项中序号)。

Answer

废镍催化剂粉碎、增大硫酸浓度、升温一种合理即可 实现镍元素和铁元素的分离或除去铁元素 防止氨水分解生成氨气，脱离反应体系，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】

废镍催化剂(主要成分为NiCO3和SiO2，含少量Fe2O3、Cr2O3)经酸溶得到硫酸镍、硫酸铁、硫酸铬溶液，二氧化硅不溶于硫酸为滤渣I的主要成分；向滤液中加入过量氢氧化钠溶液得到氢氧化镍沉淀、氢氧化铁沉淀、偏铬酸钠溶液，偏铬酸钠溶液为滤液I的主要成分；向沉淀中加入NH4Cl-氨水的混合液，氢氧化铁沉淀不溶于此溶液，为滤渣II的主要成分，氢氧化镍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镍；向硝酸镍中加入氢氧化钠溶液得到氢氧化镍沉淀；向沉淀中加入硫酸得到硫酸镍；在经过系列操作得到NiSO4·7H2O，据此解答本题。

（1）为提高“酸溶”时镍元素的浸出率，可将废镍催化剂粉碎增加反应接触表面积、增大硫酸浓度、升温等措施，

故答案为：废镍催化剂粉碎、增大硫酸浓度、升温一种合理即可；

（2）根据信息可知，Cr(OH)3是两性氢氧化物，性质类似于氢氧化铝，铬离子与少量氢氧化钠反应生成氢氧化铬，若氢氧化钠过量，则过量的氢氧化钠与氢氧化铬反应生成偏铬酸钠，故“一次碱析”时，加入的NaOH溶液需过量，则含铬微粒发生反应的离子方程式为：，

故答案为：；

（3）废镍催化剂中的铁元素在“一次碱析”时转化为氢氧化铁，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+，则“氨解”的目的是实现镍元素和铁元素的分离或除去铁元素；加热条件下，氨会挥发，因此控制低温的原因是：防止氨水分解生成氨气，脱离反应体系，不利于生成[Ni(NH3)6]2+，

故答案为：实现镍元素和铁元素的分离或除去铁元素；防止氨水分解生成氨气，脱离反应体系，不利于生成[Ni(NH3)6]2+；

（4）“氧化”时发生的反应是稀硝酸和NiS的反应，根据流程图反应生成S，则稀硝酸中氮元素由+5价降低到+2价生成NO，NiS中的硫元素由-2价升高到0价生成S单质，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为：3NiS+8HNO3(稀)=3Ni(NO3)2+2NO↑+3S↓+4H2O，

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

（5）氢氧化镍中存在溶解平衡，Ka=c(Ni2+)×c2(OH-)，根据信息，离子浓度≤10-5mol·L-1时，离子沉淀完全，则2×10-15=10-5×c2(OH-)，解得c(OH-)=1.4×10-5mol/L，则若使溶液中Ni2+沉淀完全，需维持c(OH-)不低于1.4×10-5mol/L，

故答案为：1.42×10-5mol·L-1；

（6）“系列操作”的目的是从NiSO4溶液中得到NiSO4·7H2O，其操作包括：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，故不需要的操作为cd，

故答案为：cd。