Question

12．“海绵镍铝催化剂”是一种多孔的镍铝合金，常用作有机催化剂．现以某粗镍（含Ni、Fe、Cu及难与酸、碱溶液反应的不溶性杂质）为原料制取该催化剂，主要流程如图

：25℃时，以0.1mol/L金属离子测定得到如表数据：

物质		CuS	Cu（OH）2	Ni（OH）2	NiS	Fe（OH）3
Ksp		6×10-36			3×10-19
pH	开始沉淀		4.7	7.2		1.9
	沉淀完全		6.7	9.2		3.2

根据信息回答：
（1）步骤①常用热浓硫酸进行酸浸，写出酸浸时金属镍发生反应的化学方程式Ni+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）酸浸过程应控制酸的浓度、温度等条件，如图是镍的浸出率与温度的关系，温度高于100℃时，Ni²⁺浸出率降低的原因可能是温度超过100℃后，Ni²⁺的水解程度变大，生成更多Ni（OH）₂．

（3）滤液l中含有0.8mol/LNi²⁺、0.1mol/LFe³⁺、0.1mol/LCu²⁺，步骤②的连续操作过程需要先分离出铁元素、铜元素，再制得镍硫化合物．为达到此目的，应先加NaOH将溶液调节至6.7≤pH＜7.2（填pH的取值范围）；再加_D（选填最佳试剂的序号）．当溶液中Ni²⁺开始形成NiS时，c（Cu²⁺）1.6×10^-17mol/L．（忽略溶液体积变化）
A．硝酸        B．氨水      C．A1₂S₃    D．H₂S
（4）步骤③生成的Ni（CO）₄中碳的化合价与KCN中碳的化合价相同，则Ni（CO）₄中Ni的化合价为0；工业上也常用NaClO氧化NiSO₄，将制得的NiOOH热分解后进行还原得到Ni．ClO^-在碱性条件下氧化Ni²⁺生成NiOOH的离子方程式为ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH+H₂O+Cl^-．
（5）步骤⑥的目的是降低铝含量、获得多孔状的“海绵镍铝催化剂”，从而增强对氢气的吸附性，步骤⑥的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．

Answer 1

分析 粗镍（含Ni、Fe、Cu及难与酸、碱溶液反应的不溶性杂质），流程分析可知，粗镍稀硫酸酸溶得到溶液A含有Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，净化除杂连续操作过程需要先分离出铁元素、铜元素，再制得镍硫化合物，通入CO反应得到Ni（CO）₄加热得到纯镍，氩气环境中加入铝型材镍铝合金，在弄氢氧化钠溶液中碱浸，得到海绵镍铝催化剂，
（1）步骤①常用热浓硫酸进行酸浸，镍和浓硫酸反应生成硫酸镍、二氧化硫和水；
（2）Ni（OH）₂是由Ni²⁺水解而得到的，所以温度过高时Ni²⁺的水解程度变大，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大；
（3）调节溶液PH是沉淀铜离子和铁离子，镍离子不能沉淀，据此选择PH范围；加入试剂沉淀镍离子，当溶液中Ni²⁺开始形成NiS时，铜离子浓度结合NiS互为CuS的溶度积常数计算得到；
（4）步骤③生成的Ni（CO）₄中碳的化合价与KCN中碳的化合价相同，结合化合物中元素化合价代数和为0计算，ClO^-在碱性条件下氧化Ni²⁺生成NiOOH，次氯酸根离子被还原为氯离子，结合电荷守恒、原子守恒、电子守恒配平书写离子方程式；
（5）铝和碱溶液反应生成偏铝酸钠和氢气．

解答 解：粗镍（含Ni、Fe、Cu及难与酸、碱溶液反应的不溶性杂质），流程分析可知，粗镍稀硫酸酸溶得到溶液A含有Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，净化除杂连续操作过程需要先分离出铁元素、铜元素，再制得镍硫化合物，通入CO反应得到Ni（CO）₄加热得到纯镍，氩气环境中加入铝型材镍铝合金，在弄氢氧化钠溶液中碱浸，得到海绵镍铝催化剂，
（1）步骤①常用热浓硫酸进行酸浸，酸浸时金属镍发生反应的化学方程式为：Ni+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案为：Ni+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）验表明镍的浸出率与温度有关，随着温度升高镍的浸出率增大，但当温度高于70℃时，镍的浸出率又降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，Ni（OH）₂是由Ni²⁺水解而得到的，所以温度过高时Ni²⁺的水解程度变大，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，温度超过100℃后，Ni²⁺的水解程度变大，生成更多Ni（OH）₂，
故答案为：温度超过100℃后，Ni²⁺的水解程度变大，生成更多Ni（OH）₂；
（3）滤液l中含有0.8mol/LNi²⁺、0.1mol/LFe³⁺、0.1mol/LCu²⁺，步骤②的连续操作过程需要先分离出铁元素、铜元素，再制得镍硫化合物．为达到此目的，分析图表数据得到，应先加NaOH将溶液调节至6.7≤pH＜7.2，保证铜离子和铁离子沉淀完全，再加入试剂H₂S沉淀镍离子，硝酸、氨水、Al₂S₃会引入杂质离子，故选D，Ksp（NiS）=3×10^-19，计算c（S^2-）=$\frac{3×1{0}^{-19}}{0.8}$mol/L，Ksp（CuS）=6×10^-36，c（Cu²⁺）=$\frac{6×1{0}^{-36}}{\frac{3×1{0}^{-19}}{0.8}}$=1.6×10^-17mol/L，
故答案为：6.7≤pH＜7.2；D；1.6×10^-17mol/L；
（4）步骤③生成的Ni（CO）₄中碳的化合价与KCN中碳的化合价相同，钾为+1价，N为-3价，C为+2价，则Ni（CO）₄中Ni的化合价为0，ClO^-在碱性条件下氧化Ni²⁺生成NiOOH，次氯酸根离子被还原为氯离子，结合电荷守恒、原子守恒、电子守恒配平书写离子方程式：ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH+H₂O+Cl^-，
故答案为：0；ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH+H₂O+Cl^-；
（5）步骤⑥是铝和碱溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．

点评 本题考查了物质分离提纯、物质性质、除杂方法和溶度积常数计算、离子方程式书写等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．