Question

【題目】以某鎳礦（主要成分為NiS、CuS、FeS、SiO2等）為原料制備一種多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)小鎳晶粒，可用作有機(jī)物氫化反應(yīng)的催化劑和儲(chǔ)氫材料。工藝流程如圖所示：[已知金屬活動(dòng)順序?yàn)椋?/span>Fe>Ni>（H）>Cu]

（1）已知該鎳礦煅燒后生成Ni2O3，而加壓酸浸液A中含有Ni2+，寫出有關(guān)鎳元素的加壓酸浸的化學(xué)方程式___。

（2）已知Ni(CO)4的沸點(diǎn)是42.2℃，Ni（S）+4CO（g）Ni(CO)4（g）的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：

步驟①、步驟②的最佳溫度分別是___、___（填選項(xiàng)代號(hào)）

A.25℃ B.30℃ C.50℃ D.80℃ E.230℃

（3）“高溫熔融”時(shí)通入氬氣的目的是___。

（4）“堿浸”是整個(gè)流程的核心步驟，該步驟的目的是___，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___。

（5）浸出液B可以回收，重新生成鋁以便循環(huán)利用，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)簡單的回收流程：

（示例：）浸出液B→___。

（6）鎳硫化合物中會(huì)含有少量的CuS，也可以采用電解精煉的方法獲得純鎳，流程為：

電解制粗鎳時(shí)陽極發(fā)生的主要電極反應(yīng)式為___；

精煉過程需控制pH2~5的原因___。

Answer 1

【答案】2Ni2O3+4H2SO4=4NaSO4+O2↑+4H2O C E 防止Ni、Al被空氣中的氧氣氧化 除去合金中的鋁，形成多孔結(jié)構(gòu)，便于吸附氫氣 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ B→Al(OH)3→Al2O3→Al(反應(yīng)條件：第一步CO2；第二步：灼燒；第三步：電解) NiS-2e-=Ni2++S 當(dāng)pH<2時(shí)，c(H+)大，易在陽極放電，當(dāng)pH>5時(shí)，c(OH-)大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀

【解析】

鎳礦(主要成分為NiS、CuS、FeS和SiO2等)煅燒發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到Ni2O3、、CuO、Fe2O3(SiO2不反應(yīng))，加入硫酸加壓酸浸，Ni2O3、CuO、Fe2O3溶解， SiO2不與硫酸反應(yīng)，過濾得到浸出渣A(SiO2)，浸出液A中含Ni2+、Cu2+、Fe3+，向浸出液A中通入H2S氣體，還原Fe3+為Fe2+，并得到含有少量硫化銅的NiS沉淀，過濾得到鎳硫化合物，再通入CO氣體，形成Ni(CO)4，加熱得到鎳，高溫熔融時(shí)通入氬氣，加入鋁，得到合金，將合金冷卻、粉碎，再用濃氫氧化鈉溶液堿浸，鋁與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氫氣使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)，浸出液B中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣B，得到產(chǎn)品蘭尼鎳，據(jù)此分析解答。

(1)加壓酸浸液A中含有Ni2+，說明加壓酸浸過程中Ni元素被還原，參與反應(yīng)的物質(zhì)有Ni2O3，H2SO4，可能有水，根據(jù)各元素的價(jià)態(tài)規(guī)律可知只有O元素能被氧化，所以氧化產(chǎn)物為O2，根據(jù)電子守恒和元素守恒可得方程式為2Ni2O3+4H2SO4=4NaSO4+O2↑+4H2O；

(2)平衡常數(shù)越大正反應(yīng)進(jìn)行的越徹底，步驟①要得到Ni(CO)4，需要平衡右移，據(jù)表格可知溫度越低平衡常數(shù)越大，但考慮到Ni(CO)4的沸點(diǎn)是42.2℃，且氣體與氣體反應(yīng)接觸面積更大，反應(yīng)速率更快，所以步驟①最合適的溫度為50℃，即選C；步驟②需要平衡逆向移動(dòng)，則需要適當(dāng)提高溫度，所以步驟②的最佳溫度為230℃，即選E；

(3)氬氣性質(zhì)穩(wěn)定，通入氬氣可防止Ni、Al被空氣中的氧氣氧化；

(4)根據(jù)分析可知堿浸的主要目的，除去合金中的鋁，形成多孔結(jié)構(gòu)，便于吸附氫氣；離子方程式為2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

(5)浸出液B中Al元素的主要存在形式為AlO2-，為得到單質(zhì)鋁，可先通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，灼燒沉淀生成氧化鋁，電解熔融氧化鋁得到鋁單質(zhì)；

(6)電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，粗鎳中S2-還原性最強(qiáng)，優(yōu)先被氧化生S單質(zhì)，所以主要反應(yīng)為NiS-2e-=Ni2++S；Ni的活潑性比氫強(qiáng)，所以當(dāng)pH<2時(shí)，c(H+)大，易在陽極放電生成氫氣，當(dāng)pH>5時(shí)，c(OH-)大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀，所以精煉過程需控制pH為2~5。