Question

【題目】工業上利用廢鎳催化劑（主要成分為Ni，還含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO）制備草酸鎳晶體（NiC2O4·2H2O）的流程如下：

（1）NiC2O4·2H2O中C的化合價是______。既能加快“酸浸”反應速率又能提高“酸浸”原料利用率的操作措施為_____________。

（2）“濾渣Ⅰ”的主要成分是_____________。若控制溫度為80℃、pH=2時，“除鐵”產生的“濾渣Ⅱ”的主要成分為黃鈉鐵礬（Na2Fe6(SO4)4(OH)12），寫出生成黃鈉鐵礬沉淀的離子方程式：__________________。

（3）已知“濾渣Ⅲ”的主要成分為CaF2，則“萃取”操作中加入有機萃取劑的作用是__________。

（4）在隔絕空氣的條件下，高溫煅燒無水NiC2O4得到Ni2O3和兩種含碳元素的氣體，該反應的化學方程式是_________。

（5）高能鋰離子電池的總反應為2Li + FeS = Fe + Li2S。用該電池作電源電解含鎳酸性廢水回收Ni的裝置如圖（圖中X、Y為電極，LiPF6·SO(CH3)2為電解質）。

①電極X的反應材料是_________（填化學式）；中間隔室b可以得到的主要物質Z是_________（填化學式）。

②電解總反應的離子方程式為_________。已知F＝96500C/mol，若電池工作t min，維持電流強度為I A，理論回收Ni_________g（寫出計算表達式即可）。

Answer 1

【答案】+3 增加硫酸濃度 SiO2和CaSO4 6Fe2＋3ClO－2Na＋＋4SO42－9H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋3Cl－＋6H＋ 除去溶液中的Zn2＋ 2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑ FeS NaCl 4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O

【解析】

廢鎳催化劑(主要成分為Ni，還含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等)，用硫酸溶解，SiO2不與硫酸反應，過濾得到濾液中含有NiSO4、FeSO4、ZnSO4、CaSO4及過量的硫酸，濾渣I為SiO2和CaSO4微溶物，濾液中加入次氯酸鈉，將Fe2+氧化為Fe3+，同時調節pH，使Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，所以濾渣II為鐵元素的沉淀，濾液中含有NiSO4、CaSO4，向濾液中加入NH4F，除去Ca2+，過濾，再加有機萃取劑除去溶液中的Zn2+，再向濾液中加入(NH4)2C2O4，得到草酸鎳沉淀，再過濾、洗滌、干燥得草酸鎳晶體，據此分析。

（1）NiC2O4·2H2O中鎳為+2價，氧為-2價，H為+1價，根據化合物中各元素化合價代數和為0可知，C的化合價是+3價；根據影響化學反應速率的因素可知，提高浸出率，可把廢鎳催化劑粉碎或適當加熱、適當增大硫酸濃度、攪拌等；

（2）濾渣I的成分是CaSO4和SiO2；若控制溫度80℃、pH=2，可得到黃鐵礬鈉[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀，依據氧化還原反應規律寫出生成黃鐵礬鈉的離子方程式為：2Na++3ClO-+6Fe2++4SO42-+9H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+3Cl-+6H+；

（3）根據流程圖可知，“濾渣Ⅲ”的主要成分為CaF2，則“萃取”操作中加入有機萃取劑的作用是除去溶液中的Zn2＋；

（4）在隔絕空氣的條件下，高溫煅燒無水NiC2O4得到Ni2O3和兩種含碳元素的氣體，氣體為一氧化碳和二氧化碳，故反應的化學方程式是2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

（5）①電解含鎳酸性廢水回收Ni，根據圖，c池為廢水，反應為Ni2++2e-=Ni，發生還原反應，作為電解池的陰極，連接電源的負極，Y為電源的負極，X為電源的正極，電極X的反應材料是FeS；c池中Ni2+得電子產生Ni，則氯離子由陰離子交換膜進入c池，a池中氫氧根離子失電子產生氧氣，鈉離子由陽離子交換膜進入b池，故中間隔室b可以得到的主要物質Z是NaCl；

②電解陽極電極反應式為Ni2++2e-=Ni，陰極電極反應式為4OH--4e-O2↑+2H2O，故電解總反應的離子方程式為4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O；

已知F＝96500C/mol，若電池工作t min，維持電流強度為I A，理論回收Ni g。