Question

【題目】人造金剛石酸洗廢液中含有大量的Ni2+、Mn2+、Co2+等離子．某廠技術人員設計了如下方案，使上述離子的濃度降低到排放標準，且得到了純度較高的鎳粉． Ⅰ．廢液組成：

金屬元素	Ni	Mn	Co	Fe	Cu	Zn
濃度（gL﹣1）	45	15	7.5	≤0.1	≤0.05	≤0.05

Ⅱ．處理方案：
（1）步驟1：調節pH：向強酸性溶液中加入NaOH溶液調節pH到2． 此步驟中工業上不直接使用飽和Na2CO3溶液來調節溶液的pH的原因可能是 ．
（2）步驟2：除去Mn2+、Co2+離子：在攪拌下加入適量飽和Na2CO3溶液和NaClO溶液并控制pH≤3.5，過濾． ①Mn2+反應生成MnO2同時放出CO2 ， 寫出此反應的離子方程式： ．
②Co2+反應生成Co（OH）3沉淀同時放出CO2 ， 寫出此反應的離子方程式：；
Ni2+可反應生成Ni（OH）3沉淀，Co2+可使Ni（OH）3轉化為Co（OH）3沉淀，寫出Ni（OH）3轉化為Co（OH）3的離子方程式： ．
③此步驟中必須控制好NaClO溶液的用量，其原因可能是 ．
（3）步驟3：回收鎳 以鉛片為陽極，鎳鉻鈦不銹鋼片為陰極，電解步驟2中所得濾液，在陰極得到鎳
粉．電解過程中電流效率與pH的關系如圖所示，分析圖表，回答下列問題：
①pH較低時，電流效率低的原因可能是： ．
②電解的最佳pH范圍是：（填序號）．
A．3.0～3.5 B．3.5～4.0
C．4.0～4.5 D．4.5～5.0．

Answer 1

【答案】
（1）產生大量的CO2不利于工業生產
（2）Mn2++ClO﹣+CO32﹣=MnO2↓+Cl﹣+CO2↑；2Co2++ClO﹣+2CO32﹣+3H2O=2Co（OH）3↓+Cl﹣+2CO2↑；Co2++Ni（OH）3=Co（OH）3↓+Ni2+；Mn2+ ， Co2+沉淀完全而Ni2+不被沉淀
（3）產生大量氫氣；C
【解析】解：步驟1：飽和Na2CO3溶液能與酸反應生成二氧化碳氣體，產生大量的CO2不利于工業生產，所以答案是：產生大量的CO2不利于工業生產； 步驟2：①Mn2+被ClO﹣氧化成+4價的Mn，以MnO2的形式被除去，ClO﹣被還原成Cl﹣ ， 同時放出CO2 ， 離子方程式為：Mn2++ClO﹣+CO32﹣=MnO2↓+Cl﹣+CO2↑，
所以答案是：Mn2++ClO﹣+CO32﹣=MnO2↓+Cl﹣+CO2↑；②Co2+被ClO﹣氧化成+3價的Co，以Co（OH）3的形式被除去，ClO﹣被還原成Cl﹣ ， 同時放出CO2 ， 離子方程式為：2Co2++ClO﹣+2CO32﹣+3H2O=2 Co（OH）3↓+Cl﹣+2CO2↑，Ni2+可反應生成Ni（OH）3沉淀，Co2+可使Ni（OH）3轉化為Co（OH）3沉淀，離子方程式為：Co2++Ni（OH）3=Co（OH）3↓+Ni2+ ， 所以答案是：2Co2++ClO﹣+2CO32﹣+3H2O=2 Co（OH）3↓+Cl﹣+2CO2↑；Co2++Ni（OH）3=Co（OH）3↓+Ni2+；③Ni（Ⅲ）和Co（Ⅲ）都有很強的氧化性，但Ni（Ⅲ）非常不穩定，氧化性比Co（Ⅲ）化合物的氧化性強，因此只要ClO﹣適量，即使Ni2+被氧化生成了三價鎳的化合物，也會被未參加反應的Co2+、Mn2+還原為Ni2+ ， 因此防止Ni2+被沉淀的方法就是控制ClO﹣的用量，所以答案是：Mn2+ ， Co2+沉淀完全而Ni2+不被沉淀；步驟3：從圖中曲線變化趨勢可以看出，當溶液酸性較大時，電解效率很低，隨著pH的增大，電解效率增大，但是當pH＞4.5后，電解率與溶液pH變化不明顯．因此此處要重點分析pH較小時電解效率不高，以及pH較大時電解效率也不高的原因．由于H+、Ni2+都能在電極的陰極放電，所以當pH較小，也即[H+]較大時，將產生大量的氫氣，造成電解效率較低．當pH較大時，由于Ni2+生成了難溶物，溶液中[Ni2+]減小，也造成電解效率低．因此，從圖中可以看出來，最佳的pH范圍大約為4.0～4.5．
所以答案是：①產生大量氫氣；②C．