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⁺。

请回答下列问题：

(1)“酸溶”时为了提高浸取率，可采取的措施有________(任写出一条)。

(2)“滤渣I”的主要成分是_________。

(3)“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__________。

(4)“氨解”的目的为___，“净化”时加入的H₂S的目的是将镍元素转化为____沉淀。

(5)“氧化”时发生反应的离子方程为________。

(6)“二次碱析”时，若使溶液中的Ni²⁺沉淀完全(离子浓度≤10^-5mol·L^-1时，离子沉淀完全)，则需维持c(OH^-)不低于_______(已知Ni(OH)₂的K_sp=2×10^-15，≈1.4)。

(7)以Fe、Ni为电极制取Na₂FeO₄的原理如图所示。通电后，在铁电极附近生成紫红色的FeO₄^2-。电解时阳极的电极反应式为________，离子交换膜(b)为__________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。

Answer

升高温度、将废镍催化剂粉碎、搅拌等 SiO2 Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O 除去Fe3+ NiS 3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O 1.4×10-5mol/L Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O 阴

【解析】

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，加入20%的硫酸酸溶，NiCO3、Fe2O3、Cr2O3反应进入溶液中，SiO2不能反应，过滤，滤渣Ⅰ为SiO2，滤液加入NaOH溶液进行一次碱析，滤液Ⅰ含有CrO2-，沉淀加入氯化铵、氨水缓冲液，由信息②可知滤渣Ⅱ为Fe(OH)3，过滤得到的滤液含有[Ni(NH3)6]2+，“净化”时通入的H2S，可以将镍元素转化为NiS沉淀，加入硝酸氧化，可生成S和Ni2+，加入氢氧化钠生成Ni(OH)2，过滤后加入硫酸可得到硫酸镍，经蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸镍晶体，以此解答该题。

(1)“酸溶”时为了提高浸取率，可以先将废镍催化剂粉碎，以增大固体表面积，或进行搅拌，并在加热条件下使废镍催化剂与20%硫酸充分反应等；

(2)“滤渣Ⅰ”主要成分为二氧化硅；

(3)Cr(OH)3难溶于水，Cr(OH)3是两性氢氧化物，可以与过量的NaOH溶液发生反应产生CrO2-，则含铬微粒发生反应的离子方程式为Cr3++4OH-=CrO2-+2H2O；

(4)加入氯化铵和氨水的缓冲液，可生成Fe(OH)3沉淀，同时生成[Ni(NH3)6]2+，达到除去Fe3+的目的；“净化”时通入的H2S的目的是将镍元素转化为NiS沉淀，对应的离子方程式为[Ni[Ni(NH3)6]2++H2S=NiS↓+2NH4++4NH3↑；

(5)“氧化”时HNO3将NiS氧化为S单质，HNO3被还原为NO，发生反应的离子方程式为3NiS+8H++2NO3-=3Ni2++2NO↑+3S↓+4H2O，从而可除去硫，生成镍离子；

(6)离子浓度≤1×10-5mol/L时，离子沉淀完全，已知Ni(OH)2的Ksp=2×10-15，则c(OH-)=mol/L=1.4×10-5mol/L；

(7)电解池中阳极发生氧化反应，依据题意可知铁在阳极失去电子，碱性环境下生成高铁酸根离子FeO42-，阳极的电极反应式为：Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O，离子交换膜(b)为阴离子交换膜，可使氢氧根离子进入阳极区。