Question

【題目】含鎳(Ni)質量分數約20%廢料，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。寫出金屬鎳溶解的化學方程式______________________

(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_______________ (填序號：“①鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]”或“②硫氰化鉀KSCN”)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：____：2：6

(3)“除銅”時，反應的離子方程式為________________

(4)已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10，當加入過量NaF“除鈣鎂”后，所得濾液中________________(保留1位小數)。已知除雜過程在陶瓷容器中進行，NaF的實際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，則鎳回收率為______________(保留1位小數)

(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)2MH+NiOOH(式中M為儲氫合金)。寫出電池充電過程中陽極的電極反應式___________

Answer 1

【答案】5Ni+5H2SO4+2HNO3=5NiSO4+N2↑+6H2O 將Fe2+成氧化成Fe3+ ① 3 H2S+Cu2+=CuS↓+2H+ 0.7 過量的F-在酸性條件下會腐蝕陶瓷容器 98.3% Ni(OH)2+OH-—e-=NiOOH+H2O

【解析】

含鎳質量分數約20%的廢料，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，溶解Ni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，結合原子守恒、電子守恒配平書寫化學方程式；

（2）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，便于除去，加入Na2CO3除去Fe3+，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被完全氧化；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；

（4）利用溶度積計算溶液中Mg2+、Ca2+的濃度之比，NaF的用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在酸性溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫反應；

（5）廢料含鎳質量分數約20%，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）陽極上Ni（OH）2失電子生成NiOOH。

含鎳質量分數約20%的廢料，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，溶解Ni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，結合原子守恒、電子守恒配平書寫化學方程式為：5Ni+5H2SO4+2HNO3=5NiSO4+N2↑+6H2O，

故答案為：5Ni+5H2SO4+2HNO3=5NiSO4+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，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被完全氧化；再加入Na2CO3使Fe3+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：p：2：6，則p=3，

故答案為：將亞鐵離子氧化為鐵離子；①；3。

（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+，

故答案為：H2S+Cu2+=CuS↓+2H+。

（4）所得濾液中= = = =0.7，NaF的用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在酸性溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫反應，生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器，

故答案為：0.7；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20%，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×20%=20kg，反應生成鎳元素質量=31÷93×59kg，則鎳回收率的計算式=(31÷93×59)kg÷20kg×100%=98.3%，

故答案為：98.3%。

（6）鎳氫電池充電時的反應為M+Ni（OH）2=MH+NiOOH，充電過程中陽極的電極反應式：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O，故答案為：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。