Question

【题目】

废旧可充电电池主要含有Fe、Ni、Cd、Co等金属元素，一种混合处理各种电池回收金属的新工艺如下图所示。

已知：Ⅰ．滤液①中含有Ni(NH3)62+、Cd(NH3)42+、Co(NH3) 62+等物质。

Ⅱ．萃取和反萃取的反应原理分别为:

Ni(NH3)62++ 2HRNiR2+2NH4++4NH3 ；NiR2+2H+Ni2+ +2HR

(1)为了加快浸取速率，可采取的措施为__________（任写一条）。

(2)已知浸取过程中NH3和NH4+的物质的量之和与Ni、Cd、Co浸取率的关系如表2所示。

表2 浸取过程中氨总量与各离子浸取率的关系

编号	n(NH3)+ n(NH4+)/mol	Ni浸取率/%	Cd浸取率/%	Co浸取率/%
①	2.6	97.2	88.6	98.1
②	3.5	86.0	98.8	86.7
③	4.8	98.4	98.8	94.9
④	5.6	97.7	85.1	96.8
⑤	9.8	95.6	84.1	96.1

则可采用的最佳实验条件编号为_____。

(3)Co(OH)3与盐酸反应产生气体单质，该反应的化学方程式______。

(4)操作①的名称为_________、过滤、洗涤。

(5)向有机相中加入H2SO4能进行反萃取的原因为_______（结合平衡移动原理解释）。

(6)将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCO3沉淀，并产生使红色石蕊试纸变蓝的气体，该反应的离子方程式为___。

(7)上述工艺流程中可能循环使用的物质为______。

(8)已知Ksp(CdCO3)=1.0×10-12，Ksp(NiCO3)=1.4×10-7。若向物质的量浓度均为0.2mol/L的Cd2+和Ni2+溶液中滴加Na2CO3溶液(设溶液体积增加1倍)，使Cd2+恰好沉淀完全，即溶液中c(Cd2+)=1.0×10-5mol/L时，是否有NiCO3沉淀生成(填“是”或者“否”)____。

Answer 1

【答案】搅拌(适当升温或增大浸取剂的浓度) ③ 2Co(OH)3 +6HCl=2CoCl2 +Cl2↑+6H2O 蒸发浓缩、冷却结晶 根据NiR2+2H+Ni2+ +2HR可知，加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向右移动 Cd(NH3)42+ +CO32-CdCO3↓ + 4NH3↑ NH3、有机萃取剂 否

【解析】

已知已预处理的电池粉末，经过NH3和(NH4)2CO3水溶液的浸取后，得到的滤液①中含有Ni(NH3)62+、Cd(NH3)42+、Co(NH3)62+等物质，在滤液①中通入空气进行催化氧化，得到Co(OH)3沉淀和滤液②，从而将Co元素分离出来，Co(OH)3与盐酸发生氧化还原反应得到CoCl2溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到CoCl26H2O晶体；在滤液②中加入有机萃取剂，发生反应Ni(NH3)62++ 2HRNiR2+2NH4++4NH3，从而将Cd元素与Ni元素分离，水相中含有Cd(NH3)42+，将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCO3沉淀；在有机相中加入硫酸进行反萃取，发生反应NiR2+2H+Ni2+ +2HR，得到NiSO4溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到NiSO46H2O晶体，据此分析解答。

(1)搅拌、适当升温或增大浸取剂的浓度，均可加快浸取速率；

(2)通过表2中，浸取过程中氨总量与各离子浸取率的关系数据可知，当n(NH3)+n(NH4+)=4.8mol时，对Ni、Cd、Co浸取率都比较高，因此可采用的最佳实验条件编号为③；

(3)Co(OH)3与盐酸反应生成CoCl2溶液，由此可知Co元素表现了氧化性，则HCl表现还原性，产生的气体单质应为Cl2，根据得失电子守恒，元素守恒可配平该反应的化学方程式为2Co(OH)3+6HCl=2CoCl2+Cl2↑+6H2O；

(4)CoCl2溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到CoCl26H2O晶体；

(5)根据以上分析可知，在有机相中加入硫酸进行反萃取，发生反应NiR2+2H+Ni2+ +2HR，得到NiSO4溶液，从平衡移动原理的角度解释，即根据NiR2+2H+Ni2+ +2HR可知，加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向右移动，从而得到NiSO4溶液；

(6)水相中含有Cd(NH3)42+、CO32-，将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCO3沉淀，并产生使红色石蕊试纸变蓝的气体，则该气体为NH3，则该反应的离子方程式为Cd(NH3)42++CO32-CdCO3↓ +4NH3↑；

(7)由以上分析可知，上述工艺流程中可能循环使用的物质为NH3、有机萃取剂；

(8)当Cd2+恰好沉淀完全时，溶液中，此时溶液中，Q(NiCO3)=c(Ni2+)c(CO32-)=0.1×1.0×10-7=1.0×10-8＜Ksp(NiCO3)，故没有NiCO3沉淀生成。