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_____________。若控制温度为80℃、pH=2时，“除铁”产生的“滤渣Ⅱ”的主要成分为黄钠铁矾（Na2Fe6(SO4)4(OH)12），写出生成黄钠铁矾沉淀的离子方程式：__________________。

（3）已知“滤渣Ⅲ”的主要成分为CaF2，则“萃取”操作中加入有机萃取剂的作用是__________。

（4）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_________。

（5）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t min，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 增加硫酸浓度 SiO2和CaSO4 6Fe2＋3ClO－2Na＋＋4SO42－9H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓＋3Cl－＋6H＋ 除去溶液中的Zn2＋ 2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑ FeS NaCl 4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O

【解析】

废镍催化剂(主要成分为Ni，还含有一定量的Zn、Fe、SiO2、CaO等)，用硫酸溶解，SiO2不与硫酸反应，过滤得到滤液中含有NiSO4、FeSO4、ZnSO4、CaSO4及过量的硫酸，滤渣I为SiO2和CaSO4微溶物，滤液中加入次氯酸钠，将Fe2+氧化为Fe3+，同时调节pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，所以滤渣II为铁元素的沉淀，滤液中含有NiSO4、CaSO4，向滤液中加入NH4F，除去Ca2+，过滤，再加有机萃取剂除去溶液中的Zn2+，再向滤液中加入(NH4)2C2O4，得到草酸镍沉淀，再过滤、洗涤、干燥得草酸镍晶体，据此分析。

（1）NiC2O4·2H2O中镍为+2价，氧为-2价，H为+1价，根据化合物中各元素化合价代数和为0可知，C的化合价是+3价；根据影响化学反应速率的因素可知，提高浸出率，可把废镍催化剂粉碎或适当加热、适当增大硫酸浓度、搅拌等；

（2）滤渣I的成分是CaSO4和SiO2；若控制温度80℃、pH=2，可得到黄铁矾钠[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀，依据氧化还原反应规律写出生成黄铁矾钠的离子方程式为：2Na++3ClO-+6Fe2++4SO42-+9H2O=Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+3Cl-+6H+；

（3）根据流程图可知，“滤渣Ⅲ”的主要成分为CaF2，则“萃取”操作中加入有机萃取剂的作用是除去溶液中的Zn2＋；

（4）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，气体为一氧化碳和二氧化碳，故反应的化学方程式是2NiC2O4Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

（5）①电解含镍酸性废水回收Ni，根据图，c池为废水，反应为Ni2++2e-=Ni，发生还原反应，作为电解池的阴极，连接电源的负极，Y为电源的负极，X为电源的正极，电极X的反应材料是FeS；c池中Ni2+得电子产生Ni，则氯离子由阴离子交换膜进入c池，a池中氢氧根离子失电子产生氧气，钠离子由阳离子交换膜进入b池，故中间隔室b可以得到的主要物质Z是NaCl；

②电解阳极电极反应式为Ni2++2e-=Ni，阴极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O，故电解总反应的离子方程式为4OH-+2Ni2+O2↑+2Ni+2H2O；

已知F＝96500C/mol，若电池工作t min，维持电流强度为I A，理论回收Ni g。