Question

【題目】元素Ni用途廣泛，工業(yè)上以硫化鎳礦(含少量雜質(zhì)硫化銅、硫化亞鐵)為原料制備并精制鎳的基本流程如下：

已知：①電極電位(E)能體現(xiàn)微粒的氧化還原能力強弱，如：

H2 -2e-= 2H+ E=0.00V； Cu-2e- =Cu2+ E=0.34V；

Fe -2e-= Fe2+ E=-0.44V； Ni-2e-=Ni2+ E=-0.25V

②常溫下溶度積常數(shù) Ksp(NiS)=1.07×10-21； Ksp(CuS)=1.27×10-36

(1)可用光潔的鎳絲代替鉑絲蘸取化學(xué)試劑在焰色反應(yīng)實驗中灼燒，原因是_________。

(2)就制備高鎳礦的相關(guān)問題請回答：

①通入氧氣時控制適量的目的是________________。

②已知礦渣能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，原因是__________________。

(3)電解制粗鎳時陽極發(fā)生的主要電極反應(yīng)式___________________。

(4)電解精煉鎳的過程需控制pH為2～5，試分析原因__________________。

(5)工業(yè)生產(chǎn)中常用加NiS的方法除去溶液中的Cu2+，若過濾后溶液中c(Ni2+) 為0.107 mol/L，則濾液中殘留的c(Cu2+)為________ mol/L。

Answer 1

【答案】鎳的焰色反應(yīng)為無色 將部分硫元素轉(zhuǎn)化為SO2除去；防止氧化Fe2+，便于用石英砂造渣除鐵 礦渣中含有Fe2+ NiS-2e-=Ni2++S 根據(jù)電極電位可知，H+先于Ni2+放電，當(dāng)pH＜2時，c(H+)大，易在陽極放電，當(dāng)pH＞5時，c(OH-)增大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀 1.27×10-16

【解析】

根據(jù)流程：將硫化鎳礦(含少量雜質(zhì)硫化銅、硫化亞鐵)熔煉后將部分硫元素以二氧化硫的形式除去，二氧化硫可用于制硫酸，得到低鎳礦，加入適量的氧氣，用石英造渣除鐵得到Fe2SiO4，反應(yīng)為：SiO2+2FeO2FeOSiO2，將得到高鎳礦浮選出NiS(含CuS)，為提高浮選率，將其破碎細磨，將NiS(含CuS)在NiSO4溶液中電解，陽極的反應(yīng)為：NiS-2e-=Ni2++S、CuS-2e-=Cu2++S，陰極為：Ni2++2e-=Ni，Cu2++2e-=Cu，制得粗Ni含有少量Cu，將粗Ni用NiSO4溶液，控制pH為2～5，電解精煉，粗Ni為陽極，反應(yīng)為：Ni-2e-=Ni2+，Cu從粗Ni脫落形成陽極泥，陰極為Ni2++2e-=Ni，陰極制得精Ni，據(jù)此分析作答。

(1)鎳絲灼燒時火焰呈無色，不影響其他金屬元素的焰色，故焰色反應(yīng)實驗可以用光潔的鎳絲代替鉑絲蘸取化學(xué)試劑灼燒；

(2)①通入氧氣時控制適量的目的是可以使其中的S元素氧化為SO2氣體逸出，同時又防止氧化Fe2+，便于用石英砂造渣除鐵；

②已知礦渣能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，原因是礦渣中含有Fe2+，Fe2+具有還原性，與具有氧化性的酸性高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使酸性高錳酸鉀溶液的紫色褪去；

(3)電解制粗鎳時陽極上是NiS失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，主要電極反應(yīng)式為：NiS-2e-=Ni2++S；

(4)根據(jù)電極電位可知，H+先于Ni2+放電，當(dāng)pH＜2時，c(H+)大，易在陽極放電，當(dāng)pH＞5時，c(OH-)增大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀，所以電解精煉鎳的過程需控制pH為2～5；

(5)工業(yè)生產(chǎn)中常用加NiS的方法除去溶液中的Cu2+，若過濾后溶液中c(Ni2+)為0.107 mol/L，由于Ksp(NiS)=1.07×10-21，則溶液中S2-濃度為c(S2-)=mol/L=1.0×10-20mol/L，根據(jù)Ksp(CuS)=1.27×10-36，可知濾液中殘留的c(Cu2+)=mol/L=1.27 ×10-16mol/L。