Question

【題目】某科研小組用鎳觸媒廢料（主要成分為Ni-Al合金，混有少量Fe、Cu、Zn及有機物） 制備NiO并回收金屬資源的流程如下所示：

已知：相關數據如表1和表2所示

表1部分難溶電解質的溶度積常數（25℃）

物質	Ksp	物質	Ksp
Fe(OH)3	4.0×10-38	CuS	6.3×10-34
Fe(OH)2	1.8×10-16	ZnS	1.6×10-24
Al(OH)3	1.0×10-33	NiS	3.2×10-18
Ni(OH)2	2.0×10-15

表2 原料價格表

物質	價格/（元噸-1）
漂液（含25.2%NaClO）	450
雙氧水（含30%H2O2）	2400
燒堿（含98%NaOH）	2100
純堿（含99.5%Na2CO3）	600

請回答下列問題：

（1）“焙燒”的目的是________________________________。

（2）“試劑a”的名稱為__________________；選擇該試劑的理由是______。

（3）“氧化”時反應的離子方程式為__________________________________________。

（4）欲使溶液中Fe3+和A13+的濃度均小于等于1.0×10-6 mol L-1，需“調節pH”至少為_______________。

（5）“試劑b”應選擇__________，“加水煮沸”時，反應的化學方程式為_______________________________。

（6）氫鎳電池是一種應用廣泛的二次電池，放電時，該電池的總反應為NiOOH+MH=Ni(OH)2+M，當導線中流過2 mol電子時，理論上負極質量減少__________g。充電時的陽極反應式為_______________________________________________。

Answer 1

【答案】除去廢料中的有機物；使部分金屬單質轉化為氧化物 漂液 節約成本，不影響后續操作 2Fe2++ClO-+2H+=2 Fe3++Cl-+H2O 5 Na2CO3 NiCO3+H2ONi(OH)2+CO2↑ 2 Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH +H2O

【解析】

鐵觸媒廢料焙燒，可以將部分金屬單質轉化為金屬氧化物以及使有機物燃燒而除去，焙燒后固體和硫酸反應生成硫酸鹽；再將Fe2+氧化成Fe3+，氧化劑選擇漂液（因為漂液價格低廉，且不影響后續實驗）。然后調節pH使Fe3+、Al3+一起轉化為氫氧化物沉淀而除去。濾液1中還有Zn2+、Cu2+以及Ni2+，加入NiS，可以除去Zn2+、Cu2+。濾液2中有鎳離子，同樣的道理，在沉淀Ni2+的時候，選擇碳酸鈉，它的價格也是比較低，加入碳酸鈉后得到碳酸鎳；碳酸鎳加水煮沸會轉化成Ni（OH）2，最后Ni（OH）2灼燒分解，就可以得到氧化鎳。

（1）焙燒可以使部分金屬單質變成金屬氧化物，并且能夠使有機物燃燒并除去。所以“焙燒”的目的為：除去廢料中的有機物；使部分金屬單質轉化為氧化物；

（2）應選擇氧化劑使亞鐵離子氧化成鐵離子，氧化劑包括了漂液和雙氧水，但是雙氧水的價格更貴，所以選擇漂液；選擇漂液的理由就是漂液成本更低，而且生成NaCl也不影響后續操作。

（3）漂液中含有NaClO，將Fe2+氧化成Fe3+，ClO-被還原成Cl-，反應的離子方程式為；

（4）Fe（OH）3和Al（OH）3類型相同，Fe(OH)3 的Ksp比Al(OH)3小，為了使它們完全沉淀，用Al(OH)3的Ksp進行計算， 則pH至少為5；

（5）需要選擇沉淀Ni2+的沉淀劑，NaOH的價格更貴，所以選擇Na2CO3，根據題意，加入Na2CO3時，生成的濾渣2為NiCO3，NiCO3加水煮沸轉化成Ni（OH）2，加水煮沸的方程式為NiCO3+H2ONi（OH）2+CO2↑。

（6）鎳氫電池放電時負極的是MH，在反應中MH變成了M，失去質量為H的質量，負極反應式為MH-e-+OH-=M+H2O，轉移2mol，負極質量減少2g；充電時陽極發生氧化反應，化合價升高，Ni(OH)2變成NiOOH，電極反應式為：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH +H2O。