Question

【題目】一種磁性材料的磨削廢料（含鎳質量分數約21%）主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物。由該廢料制備純度較高的氫氧化鎳，工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，反應有N2生成。寫出金屬鎳溶解的離子方程式________________________。

（2）“除鐵”時H2O2的作用是____________________，為了證明添加的H2O2已足量，應選擇的試劑是____________________（填“鐵氰化鉀”或“硫氰化鉀”）溶液。黃鈉鐵礬[NaxFey(SO4)m(OH)n]具有沉淀顆粒大、沉淀速率快、容易過濾等特點，則x∶y∶m∶n＝1∶3∶2∶________。

（3）“除銅”時，反應的離子方程式為_________________________，若用Na2S或Na2S2O3代替H2S除銅，優點是__________________________。

（4）已知除雜過程在陶瓷容器中進行，NaF的實際用量為理論用量的1.1倍，用量不宜過大的原因是_______________________________。

（5）100kg廢料經上述工藝制得Ni(OH)2固體的質量為31kg，則鎳回收率的計算式為_______。

（6）鎳氫電池已成為混合動力汽車的主要電池類型，其工作原理如下：M+Ni(OH)2HM+NiOOH（式中M為儲氫合金）。寫出電池放電過程中正極的電極反應式________。

Answer 1

【答案】5Ni + 12H+ + 2NO3 -= 5Ni2+ + N2↑ + 6H2O 將Fe2+氧化成Fe3+ 鐵氰化鉀 6 H2S + Cu2+ = CuS↓+ 2H+ 不易揮發污染性氣體H2S 過量的F—在酸性條件下會腐蝕陶瓷容器 100％ NiOOH + H2O +e- = Ni(OH)2 + OH-

【解析】

一種磁性材料的磨削廢料（含鎳質量分數約21%）主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物，加入硫酸和硝酸酸溶，合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，反應有N2生成，過濾除去廢渣，濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉調節溶液pH除去鐵離子，過濾得到濾渣和濾液，濾液中加入H2S沉淀銅離子，過濾得到濾液中加入NaF用來除去鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中主要是鎳離子，加入氫氧化鈉溶液沉淀鎳離子生成氫氧化鎳固體，
（1）鎳和硝酸反應生成鎳離子、氮氣和水，結合電荷守恒、原子守恒、電子守恒配平書寫離子方程式；
（2）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子便于除去且不沉淀其他金屬離子，利用鐵氰化鉀和亞鐵離子結合生成藍色溶液檢驗亞鐵離子是否除凈；由題給信息，黃鈉鐵礬[NaxFey(SO4)m(OH)n]元素化合價代數和為0；
（3）硫化氫和銅離子反應生成難溶于酸的硫化銅沉淀，硫化氫是劇毒氣體分析；
（4）NaF的實際用量為理論用量的1.1倍，用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫形成的酸溶液反應；
（5）廢料含鎳質量分數約21%，100kg廢料經上述工藝制得Ni（OH）2固體的質量為31kg，依據鎳元素守恒計算回收得到鎳和原來鎳的質量，計算回收率；
（6）正極上NiOOH得電子生成Ni(OH)2。

（1）鎳和硝酸反應生成鎳離子、氮氣和水，結合電荷守恒、原子守恒、電子守恒配平書寫離子方程式為：5Ni+12H++2NO3-=5Ni2++N2↑+6H2O，
故答案為：5Ni+12H++2NO3-=5Ni2++N2↑+6H2O；
（2）“除鐵”時H2O2的作用是過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子便于除去且不沉淀其他金屬離子，為了證明添加的H2O2已足量，應選擇的試劑是利用鐵氰化鉀和亞鐵離子結合生成藍色溶液檢驗亞鐵離子是否除凈，由題給信息，將某廢水中Fe2+氧化為Fe3+，再加入Na2SO4使其生成黃鈉鐵礬而除去，黃鈉鐵礬[NaxFey(SO4)m(OH)n]中鐵元素化合價為+3價，元素化合價代數和為0，x+3y-2m-n=0，得到x+3y=2m+n，x：y：m：n=1：3：2：p，則p=6，
故答案為：將亞鐵離子氧化為鐵離子；鐵氰化鉀；6；
（3）硫化氫和銅離子反應生成難溶于酸的硫化銅沉淀，反應的離子方程式為：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+，硫化氫是劇毒氣體，若用Na2S或Na2S2O3代替H2S除銅，優點是無易揮發的有毒氣體硫化氫污染環境，
故答案為：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+；無易揮發的有毒氣體硫化氫污染環境；
（4）NaF是強堿弱酸鹽，氟化鈉水解生成HF能腐蝕陶瓷容器，故用量不宜過大，

故答案為：過量的F-離子生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器；
（5）廢料含鎳質量分數約21%，100kg廢料經上述工藝制得Ni(OH)2固體的質量為31kg，廢料中鎳元素質量=100kg×21%=21kg，反應生成鎳元素質量=31kg，

則鎳回收率的計算式=×100%= 100％，
故答案為：100％；

（6）NiMH電池放電過程中，正極上NiOOH得電子生成Ni(OH)2，根據得失電子守恒有NiOOH +e-= Ni(OH)2，根據電荷守恒利用OH-和H2O配平方程式，則正極的電極方程式為：NiOOH+H2O+e-= Ni(OH)2+OH-，
故答案為：NiOOH+H2O+e-= Ni(OH)2+OH-。