Question

硫酸镍广泛应用于电镀、电池、催化剂等工业。某科研小组以粗硫酸镍(含Cu²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺等)为原料，经如图一系列除杂过程模拟精制硫酸镍工艺。回答下列问题。

（1）滤渣1的主要成分是__(写化学式)，写出“硫化除铜”过程中发生的氧化还原反应的离子方程式___。

（2）“氧化除杂”时加入Cl₂和Ni(OH)₂的作用分别是___。

（3）已知25℃时，K_sp[CaF₂]=3.95×10^-11；K_sp[MgF₂]=6.40×10^-9。则“氟化除杂”过后滤液3中=__。(保留三位有效数字)

（4）“萃取”时使用萃取剂R在硫酸盐中对某些金属离子的萃取率与溶液pH的关系如图。则实验时需控制的pH适宜范围是___(填字母序号)。

A.1～2      B.3～4     C.4～5     D.5～6

（5）将萃取后所得富含硫酸镍的溶液经操作A可得硫酸镍晶体，则操作A为___、___、过滤、洗涤等。

（6）称取2.000g硫酸镍晶体(NiSO₄·6H₂O)样品溶解，定容至250mL。取25.00mL试液，用0.0200mol·L^-1的EDTA(Na₂H₂Y)标准溶液滴定至终点。重复实验，平均消耗EDTA标准溶液体积为36.50mL。反应为Ni²⁺+H₂Y^2-=NiY^2-+2H⁺。计算样品纯度为__%。(保留三位有效数字,且不考虑杂质反应)

Answer

CuS和S 2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+ Cl2的作用是将滤液中Fe2+氧化为Fe3+，Ni(OH)2的作用是调节溶液pH值，使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去 6.17×10-3 B 蒸发浓缩 降温结晶（或冷却结晶） 96.0

【解析】

由流程图可知，粗硫酸镍(含等)加水和硫酸进行酸浸溶解，得到含有Ni2+、Cu2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SO42-等离子的浸出液，向浸出液中通入H2S气体，Cu2+转化为CuS沉淀除去，同时Fe3+可与硫化氢发生氧化还原反应生成Fe2+和S单质，过滤后得到滤液1和滤渣1，滤渣1为CuS和S，滤液1中含有Ni2+、Fe2+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、SO42-，向滤液1中加入Ni(OH)2和Cl2，Cl2将滤液中Fe2+氧化为Fe3+，用Ni(OH)2调节溶液pH值，使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去，再进行过滤得到滤液2，向其中加入NiF2，使滤液2中的Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去，再次进行过滤得到滤液3，向滤液3中加入有机萃取剂，使滤液3中的Zn2+转移至有机相中分液除去，最后对水溶液进行蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤等操作得到产品硫酸镍晶体。

(1)根据分析可知，向浸出液中通入H2S气体，Cu2+转化为CuS沉淀除去，同时Fe3+可与硫化氢发生氧化还原反应生成Fe2+和S单质，则滤渣1为CuS和S，发生的氧化还原反应的离子方程式为2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+，故答案为： CuS和S；2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+；

(2)根据分析可知，氧化除杂时加入Cl2的目的是将滤液中Fe2+氧化为Fe3+，用Ni(OH)2调节溶液pH值，使滤液1中的Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去，故答案为：Cl2的作用是将滤液中Fe2+氧化为Fe3+，Ni(OH)2的作用是调节溶液pH值，使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀除去；

(3)已知时，；，则“氟化除杂”过后滤液3中=6.17×10-3，故答案为：6.17×10-3；

(4)在该工艺流程中，“萃取”操作的目的是使滤液3中的Zn2+转移至有机相中分液除去，流程的最终目的是制得硫酸镍，结合金属离子的萃取率与溶液的关系如图所示，当控制实验时的为3~4左右可以使滤液中的Zn2+等离子的萃取除杂率最好，B正确，故答案为：B；

(5)根据分析可知，将萃取后所得富含硫酸镍的溶液经操作A可得硫酸镍晶体，则操作A为蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤等操作得到产品硫酸镍晶体，故答案为：蒸发浓缩；降温结晶（或冷却结晶）；

(6)根据题意，取试液，消耗EDTA标准液的物质的量=0.02mol/L×0.0365L=7.3×10-4mol，根据反应，25mL试液中n(Ni2+)=n(EDTA)=7.3×10-4mol，则250mL试液中硫酸镍晶体的质量=×7.3×10-4mol×263g/mol=1.9199g，则纯度为=×100%≈96.0%，故答案为：96.0。