Question

【题目】以某镍矿（主要成分为NiS、CuS、FeS、SiO2等）为原料制备一种多孔结构的细小镍晶粒，可用作有机物氢化反应的催化剂和储氢材料。工艺流程如图所示：[已知金属活动顺序为：Fe>Ni>（H）>Cu]

（1）已知该镍矿煅烧后生成Ni2O3，而加压酸浸液A中含有Ni2+，写出有关镍元素的加压酸浸的化学方程式___。

（2）已知Ni(CO)4的沸点是42.2℃，Ni（S）+4CO（g）Ni(CO)4（g）的平衡常数与温度的关系如下：

步骤①、步骤②的最佳温度分别是___、___（填选项代号）

A.25℃ B.30℃ C.50℃ D.80℃ E.230℃

（3）“高温熔融”时通入氩气的目的是___。

（4）“碱浸”是整个流程的核心步骤，该步骤的目的是___，发生反应的离子方程式为___。

（5）浸出液B可以回收，重新生成铝以便循环利用，请设计简单的回收流程：

（示例：）浸出液B→___。

（6）镍硫化合物中会含有少量的CuS，也可以采用电解精炼的方法获得纯镍，流程为：

电解制粗镍时阳极发生的主要电极反应式为___；

精炼过程需控制pH2~5的原因___。

Answer 1

【答案】2Ni2O3+4H2SO4=4NaSO4+O2↑+4H2O C E 防止Ni、Al被空气中的氧气氧化 除去合金中的铝，形成多孔结构，便于吸附氢气 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ B→Al(OH)3→Al2O3→Al(反应条件：第一步CO2；第二步：灼烧；第三步：电解) NiS-2e-=Ni2++S 当pH<2时，c(H+)大，易在阳极放电，当pH>5时，c(OH-)大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀

【解析】

镍矿(主要成分为NiS、CuS、FeS和SiO2等)煅烧发生氧化还原反应得到Ni2O3、、CuO、Fe2O3(SiO2不反应)，加入硫酸加压酸浸，Ni2O3、CuO、Fe2O3溶解， SiO2不与硫酸反应，过滤得到浸出渣A(SiO2)，浸出液A中含Ni2+、Cu2+、Fe3+，向浸出液A中通入H2S气体，还原Fe3+为Fe2+，并得到含有少量硫化铜的NiS沉淀，过滤得到镍硫化合物，再通入CO气体，形成Ni(CO)4，加热得到镍，高温熔融时通入氩气，加入铝，得到合金，将合金冷却、粉碎，再用浓氢氧化钠溶液碱浸，铝与氢氧化钠反应产生氢气使镍铝合金产生多孔的结构，浸出液B中含偏铝酸根，最后用蒸馏水洗浸出渣B，得到产品兰尼镍，据此分析解答。

(1)加压酸浸液A中含有Ni2+，说明加压酸浸过程中Ni元素被还原，参与反应的物质有Ni2O3，H2SO4，可能有水，根据各元素的价态规律可知只有O元素能被氧化，所以氧化产物为O2，根据电子守恒和元素守恒可得方程式为2Ni2O3+4H2SO4=4NaSO4+O2↑+4H2O；

(2)平衡常数越大正反应进行的越彻底，步骤①要得到Ni(CO)4，需要平衡右移，据表格可知温度越低平衡常数越大，但考虑到Ni(CO)4的沸点是42.2℃，且气体与气体反应接触面积更大，反应速率更快，所以步骤①最合适的温度为50℃，即选C；步骤②需要平衡逆向移动，则需要适当提高温度，所以步骤②的最佳温度为230℃，即选E；

(3)氩气性质稳定，通入氩气可防止Ni、Al被空气中的氧气氧化；

(4)根据分析可知碱浸的主要目的，除去合金中的铝，形成多孔结构，便于吸附氢气；离子方程式为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

(5)浸出液B中Al元素的主要存在形式为AlO2-，为得到单质铝，可先通入二氧化碳得到氢氧化铝沉淀，灼烧沉淀生成氧化铝，电解熔融氧化铝得到铝单质；

(6)电解池中阳极发生氧化反应，粗镍中S2-还原性最强，优先被氧化生S单质，所以主要反应为NiS-2e-=Ni2++S；Ni的活泼性比氢强，所以当pH<2时，c(H+)大，易在阳极放电生成氢气，当pH>5时，c(OH-)大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀，所以精炼过程需控制pH为2~5。