Question

【題目】三氧化二鎳(Ni2O3)是一種灰黑色無氣味有光澤的塊狀物，易碎成細粉末，常用于制造高能電池。工業上以金屬鎳廢料生產NiCl2，繼而生產Ni2O3的工藝流程如下：

下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol·L－1計算)。

氫氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3	Ni(OH)2
開始沉淀的pH	1.8	5.8	3.0	7.1
沉淀完全的pH	3.2	8.8	5.0	9.2

(1)為了提高金屬鎳廢料浸出的速率，在“酸浸”時可采取的措施有①適當升高溫度；②攪拌；③________等。

(2)酸浸后的酸性溶液中含有Ni2＋、Cl－，另含有少量Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等。沉鎳前需加Na2CO3控制溶液pH范圍為____________________。

(3)從濾液A中可回收利用的主要物質是Na2CO3和________。

(4)“氧化”生成Ni2O3的離子方程式為__________________________________。

(5)工業上用鎳為陽極，電解0.05～0.1 mol·L－1 NiCl2溶液與一定量NH4Cl組成的混合溶液，可得到高純度、球形的超細鎳粉。當其他條件一定時，NH4Cl的濃度對陰極電流效率及鎳的成粉率的影響如圖所示，則①NH4Cl的濃度最好控制為__________________________。

②當NH4Cl的濃度大于15g·L－1時，陰極有氣體生成，導致陰極電流效率降低，寫出相應的電極反應式：________________________。

(6)如果在“沉鎳”步驟把Na2CO3改為加草酸，則可以制得草酸鎳晶體(NiC2O4·2H2O)。草酸鎳晶體在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒三小時，可以制得Ni2O3，同時獲得混合氣體。草酸鎳晶體受熱分解的化學方程式為___________________________________。

Answer 1

【答案】增大鹽酸的濃度(或將鎳廢料研成粉末等) 5.0～7.1 NaCl 2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3↓+Cl-+2H2O 10 g/L 2H＋+2e-=H2 ↑(或2NH4+＋2H2O+2e-=2NH3·H2O+H2↑) 2[NiC2O4·2H2O]Ni2O3+3CO↑+CO2↑+4H2O

【解析】

酸浸后的酸性溶液中含有Ni2+、Cl-，另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+等，加入過氧化氫可以將Fe2+氧化為Fe3+，加入Na2CO3溶液調節溶液的pH，使Fe3+、Al3+全部形成沉淀，向過濾后的濾液中再加入碳酸鈉可以形成NiCO3沉淀，濾液A中含有NaCl等物質，將NiCO3溶于鹽酸，得NiCl2溶液，向其中加入次氯酸鈉和氫氧化鈉溶液可得Ni2O3，據此分析解答。

(1)用鹽酸溶解鎳金屬廢料時，為了提高金屬鎳廢料浸出的速率，在“酸浸”時可采取的措施有①適當升高溫度；②攪拌，還可以將鎳廢料研成粉末增大接觸面積，還可以通過增大鹽酸的濃度的方法；

(2)酸浸后的酸性溶液中含有Ni2＋、Cl－，另含有少量Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等，先加入H2O2溶液，可以將Fe2＋氧化為Fe3＋，然后加Na2CO3溶液，控制溶液pH，使雜質Fe3＋、Al3＋形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，要求沉鎳前要將鋁離子和鐵離子沉淀完全，而鎳離子不能產生沉淀，根據離子沉淀的pH數值可知：溶液的pH值控制在4.7～7.1；

(3)前面用鹽酸溶解鎳金屬廢料，其中含有HCl，向溶液中加入了Na2CO3，二者會發生反應產生NaCl，加入Na2CO3溶液調整溶液的pH，形成的Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀進入濾渣，得到的濾液中再加入Na2CO3溶液，調整溶液的pH至>9.2，形成的主要是Ni(OH)2沉淀，還含有少量的NiCO3沉淀；此時的濾液A中主要含有氯化鈉、Na2CO3，可回收利用，

(4)沉淀中含有Ni(OH)2、NiCO3，用HCl溶解，Ni(OH)2、NiCO3轉化為Ni2+，向溶液中加入NaClO、NaOH，在堿性條件下，NiCl2、NaClO發生氧化還原反應，Cl元素由+1價降低到-1價，反應生成NaCl，而Ni元素則由+2價升高到+3價，生成Ni2O3，根據電子守恒、電荷守恒及原子守恒，可得反應離子方程式為：2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3↓+Cl-+2H2O；

(5)①結合圖示，陰極電流效率及鎳的成粉率越高越好，根據圖2可知，NH4Cl的濃度為10g/L時，鎳的成粉率最高，所以NH4Cl的濃度最好控制為10g/L；

②當NH4Cl的濃度大于15g·L－1時，陰極有氣體生成，導致陰極電流效率降低，在陰極上溶液中的H+放電，產生氫氣，所以相應的電極反應式：2H＋+2e-=H2 ↑，也可寫為：2NH4++2H2O+2e-=2NH3·H2O+H2↑；

(6)草酸鎳晶體在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒三小時，可以制得Ni2O3，同時獲得混合氣體，根據元素守恒可知混合氣體為CO和CO2的混合氣體，則反應為：2[NiC2O4·2H2O]Ni2O3+3CO↑+CO2↑+4H2O。