Question

【题目】工业上利用废镍催化剂（主要成分为Ni，还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO）制备草酸镍晶体（NiC2O4·2H2O）的流程如下：

（1）NiC2O4·2H2O中C的化合价是___。既能加快“酸浸”反应速率又能提高“酸浸”原料利用率的操作措施为___。

（2）“滤渣Ⅰ”的主要成分是___。

（3）在隔绝空气的条件下，高温煅烧无水NiC2O4得到Ni2O3和两种含碳元素的气体，该反应的化学方程式是___。

（4）高能锂离子电池的总反应为2Li+FeS=Fe+Li2S。用该电池作电源电解含镍酸性废水回收Ni的装置如图（图中X、Y为电极，LiPF6·SO(CH3)2为电解质）。

①电极X的反应材料是___（填化学式）；中间隔室b可以得到的主要物质Z是___（填化学式）。

②电解总反应的离子方程式为___。

已知F＝96500C/mol，若电池工作tmin，维持电流强度为I A，理论回收Ni___g（写出计算表达式即可）。

Answer 1

【答案】+3 废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等 SiO2和CaSO4 2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑ FeS NaCl 4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O

【解析】

制备草酸镍晶体（NiC2O4·2H2O）的流程：废镍催化剂（主要成分为Ni，还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO）加入硫酸溶解得到含有Ni2+、Zn2+、Fe2+、Ca2+的酸性溶液，部分Ca2+与SO42-结合得到微溶物CaSO4，SiO2不溶于酸，过滤，滤渣I为SiO2和CaSO4，向滤液中加入NaClO溶液氧化Fe2+为Fe3+，同时将其沉淀为Fe(OH)3，过滤，滤渣II为Fe(OH)3，再向滤液中加入NH4F溶液，沉淀Ca2+为CaF2，滤渣III为CaF2，最后加入有机萃取剂萃取Zn2+，得到的水层主要为Ni2+，再向其中加入(NH4)2C2O4溶液，得到产品草酸镍晶体（NiC2O4·2H2O），高温煅烧无水NiC2O4的反应为：2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

用高能锂离子电池作电源电解含镍酸性废水回收Ni：高能锂离子中，Li为电源负极，FeS为电源正极，电解池中连接电源负极的为阴极，发生还原反应，连接电源正极为阳极，发生氧化反应，据此分析作答。

（1）NiC2O4·2H2O中镍元素+2价，氧元素2价，化合物中元素化合价总共为0，则碳元素+3价；将废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等能加快“酸浸”反应速率又能提高“酸浸”原料利用率，

故答案为：+3；废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等；

（2）由上述分析可知，滤渣I为SiO2和CaSO4，

故答案为：SiO2和CaSO4；

（3）高温煅烧无水NiC2O4得到Ni2O3和两种含碳元素的气体，气体为一氧化碳和二氧化碳，故反应为：2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑，

故答案为：2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

（4）①因该电解池的目的是从含镍酸性废水回收Ni，因此c池中发生还原反应，故Y电极为电源负极，X为电源正极，由电池总反应可知，其电源正极的反应材料为FeS；该电解池工作时，c池中Ni2+被还原，Cl-通过阴离子交换膜进入b中，a池中OH-发生氧化反应生成水和氧气，Na+通过阳离子交换膜进入b池中，因此b池中得到的主要物质为NaCl，

故答案为：FeS；NaCl；

②由①分析可知，其电解池总反应为：4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O；由题可知，tmin内转移电子mol，Ni2+被还原为Ni，每生成1molNi，转移电子为2mol，因此可回收Ni的质量为g，

故答案为：4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O；。