Question

【題目】蘭尼鎳是一種帶有多孔結構的細小晶粒組成的鎳鋁合金，被廣泛用作有機物的氫化反應的催化劑。以紅土鎳礦(主要成分為NiS、FeS和SiO2等)為原料制備蘭尼鎳的工藝流程如下圖所示：

（1）煅燒時生成的主要氣體產物是________ ，浸出渣A的主要成分是________。

（2）紅土鎳礦煅燒后生成的Ni2O3有強氧化性，加壓酸浸時有無色無味的氣體產生且有NiSO4生成，則該反應中氧化產物與還原產物的物質的量之比為________。

（3）向浸出液A中加入適量Na2S，發生氧化還原反應的離子方程式為________。

（4）若Na2S過量，則過濾出的固體中會混有________；H2S也可代替Na2S使用，但不利之處是________。

（5）已知Ni(CO)4的沸點是42.2℃，Ni(s)+CO(g) Ni(CO)4(g)的平衡常數與溫度關系如下：

溫度/℃	25	80	230
平衡常數	5×104	2	1.9×10-5

步驟①、步驟②的最佳溫度分別是________、 ________（選填項代號）。

A．25℃ B．30℃ C．50℃ D．80℃ E．230℃

（6）加氫氧化鈉的目的是溶解部分鋁，形成多孔結構的鎳鋁合金，已知紅土鎳礦中NiS質量分數45.5%，取1kg紅土鎳礦進行制備，熔融時加入270g鋁，浸出時消耗800mL 5mol/LNaOH，理論上生成的蘭尼鎳的化學式為________。

Answer 1

【答案】SO2； SiO2 1：4 2Fe3++S2-=2Fe2++S↓ FeS H2S有毒，污染壞境 C E Ni5Al6

【解析】

紅土鎳礦(主 要成分為NiS、FeS和SiO2等)煅燒發生氧化還原反應得到Ni2O3、Fe2O3 (SiO2不反應)，加入硫酸加壓酸浸，Ni2O3、Fe2O3溶解， 發生的反應有2Ni2O3＋4H2SO4=4NiSO4＋O2↑＋4H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4) 3+3H2O，SiO2不與硫酸反應，過濾得到浸出渣A (SiO2) ，浸出液A中含Ni2+、Fe3+，向浸出液A中通入Na2S，發生還原反應的 離子方程式是：2Fe3++S2-=2Fe2++S↓，另外生成沉淀NiS，過濾得到鎳硫化合物NiS，再通入CO氣體，形成Ni (CO) 4，加熱得到鎳，高溫熔融時通入氬氣，加入鋁，得到合金，將合金冷卻、粉碎，再用濃氫氧化鈉溶液堿浸，鋁與氫氧化鈉反應產生氫氣使鎳鋁合金產生多孔的結構，浸出液B中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣B，得到產品蘭尼鎳，據此分析解答。

（1）由于礦物中含有硫元素，因此煅燒過程中產生的主要氣體產物為SO2；礦物中的SiO2與稀硫酸不反應，因此所得濾渣A為SiO2；

（2）反應產生的無色無味的氣體應為O2 ，該反應的化學方程式為：2Ni2O3＋4H2SO4=4NiSO4＋O2↑＋4H2O；該反應中，氧化產物為O2 ，還原產物為NiSO4 ，二者的物質的量之比為1:4；

（3）濾液A中含有Fe3＋ ，具有氧化性，能將S2－氧化成S，該反應的離子方程式為：2Fe3++S2-=2Fe2++S↓；

（4）若Na2S過量，則會與反應生成的Fe2+形成FeS沉淀；由于H2S是一種有毒氣體，會造成空氣污染，因此不用H2S代替Na2S；

（5）步驟①要制得Ni(CO)4 ，而Ni(CO)4的沸點為42.2℃，因此步驟①應選用溫度為42.2℃左右，故選C；

步驟②要得到Ni，應使平衡逆向進行，結合溫度對平衡常數的影響可知，應控制溫度為230℃，故選E；

（6）1kg紅土鎳礦中所含Ni的質量浸出時發生反應的化學方程式為2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，因此浸出時消耗n(Al)=n(NaOH)=5mol/L×0.8L=4mol，則形成蘭尼鎳的Al的質量m(Al)=270g-4mol×27g/mol=162g，令蘭尼鎳的化學式為NiaAlb ，由元素質量比可得等式 ，解得 ，因此蘭尼鎳的化學式為Ni5Al6。