Question

【題目】金屬鎳具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。工業(yè)上采用一定方法處理含鎳廢水使其達(dá)標(biāo)排放并回收鎳。某電鍍廢水中的鎳主要以NiRz絡(luò)合物形式存在，在水溶液中存在以下平衡: NiR2(aq) Ni2+(aq) +2R-(aq) (R-為有機(jī)物配體，K=1.6×10-14)

（1）傳統(tǒng)的“硫化物沉淀法”是向廢水中加入Na2S，使其中的NiR2 生成NiS 沉淀進(jìn)而回收鎳。

①該反應(yīng)的離子方程式為_______________。

②NiS 沉淀生成的同時(shí)會(huì)有少量Ni(OH)2沉淀生成，用離子方程式解釋Ni(OH)2生成的原因是______________。

（2）“硫化物沉淀法”鎳的回收率不高，處理后廢水中的鎳含量難以達(dá)標(biāo)。“鐵脫絡(luò)-化學(xué)沉淀法”可達(dá)到預(yù)期效果，該法將鎳轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2固體進(jìn)而回收鎳。工藝流程如下：

“脫絡(luò)”(指鎳元素由絡(luò)合物NiR2轉(zhuǎn)化成游離的Ni3+) 過(guò)程中，R-與中間產(chǎn)物-OH (羥基自由基) 反應(yīng)生成難以與Ni2+絡(luò)合的-R (有機(jī)物自由基)，但-OH也能與H2O2發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)的方程式如下：Fe2+ + H2O2 = Fe3+ +OH-+-OH i

R- +-OH =OH-+-R ii

H2O2+2-OH=O2↑+ 2H2O iii

實(shí)驗(yàn)測(cè)得“脫絡(luò)”過(guò)程中H2O2的加入量對(duì)溶液中鎳去除率的影響如圖所示：

①從平衡移動(dòng)的角度解釋加入Fe2+和H2O2能夠?qū)崿F(xiàn)“脫絡(luò)”的原因是______________。

②分析圖中曲線，可推斷過(guò)氧化氫的最佳加入量為_______________ g/ L； 低于或高于這個(gè)值，廢水處理效果都下降，原因是____________。

（3） 工業(yè)上還可用電解法制取三氧化二鎳。①用NaOH溶液調(diào)節(jié)NiCl2溶液PH至7.5，加入適量硫酸鈉后采用情性電極進(jìn)行電解。電解過(guò)程中產(chǎn)生的Cl2有80%在弱堿性條件下生成ClO-，再把二價(jià)鎳氧化為三價(jià)鎳。寫(xiě)出ClO- 氧化Ni (OH) 2生成三氧化二鎳的離子方程式是______， amol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí)，外電路中通過(guò)電子的物質(zhì)的量是_________。

②電解法制取三氧化二鎳實(shí)際過(guò)程中，有時(shí)獲得一種結(jié)晶水合物，已知1mol 該物質(zhì)中含有0.5mol結(jié)晶水。取該化合物20.2g進(jìn)行充分加熱，而獲得三氧化二鎳固體和0.2mol水，則該結(jié)晶水合物的化學(xué)式為______。

Answer 1

【答案】 NiR2+S2-=NiS↓+2R- S2-+H2OHS-+OH- NiR2+2OH-=Ni(OH)2↓+2R- NiR2在溶液中存在平衡:NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)，F(xiàn)e2+和H2O2通過(guò)反應(yīng)i和反應(yīng)ⅱ將R-轉(zhuǎn)化成難以與Ni2+絡(luò)合的·R，使c(R-)減小，平衡正向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“脫絡(luò)” 0.45 低于此數(shù)值，反應(yīng)i生成的-OH過(guò)少，不足以使R-充分轉(zhuǎn)化成-R；高于此數(shù)值，H2O2多，但反應(yīng)i生成-OH能與H2O2發(fā)生反應(yīng)ⅲ,使H2O2轉(zhuǎn)化成O2和H2O,同樣不能使R-充分轉(zhuǎn)化成-R C1O-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O 1.25amol NiOOH·H2O或2NiOOH·H2O

【解析】考查化學(xué)工藝流程，（1）①根據(jù)廢水中存在：NiR2(aq) Ni2+(aq)+2R-(aq)，加入Na2S，Ni2＋與S2－反應(yīng)生成NiS，因此離子方程式為NiR2＋S2－=NiS↓＋2R－；②Na2S屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，S2－發(fā)生水解，S2－＋H2OHS－＋OH－，Ni2＋與OH－反應(yīng)生成Ni(OH)2，綜上所述有： S2-+H2OHS-+OH- NiR2+2OH-=Ni(OH)2↓+2R- ；（2）脫絡(luò)是指鎳元素由絡(luò)合物NiR2轉(zhuǎn)化成游離的Ni3＋，R－與中間產(chǎn)物-OH (羥基自由基) 反應(yīng)生成難以與Ni2＋絡(luò)合的-R (有機(jī)物自由基)，NiR2溶液中存在NiR2(aq) Ni2+(aq)+2R-(aq)，加入Fe2＋和H2O2，依據(jù)反應(yīng)i和反應(yīng)ii，將R－轉(zhuǎn)化成難以與Ni2＋絡(luò)合的－R，使c(R-)減小，平衡正向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“脫絡(luò)”；②根據(jù)鎳去除率的圖像，當(dāng)過(guò)氧化氫的投加量為0.45g·L－1時(shí)，去除率達(dá)到最大，即過(guò)氧化氫的最佳加入量為0.45g·L－1；低于此值時(shí)，反應(yīng)i種產(chǎn)生的－OH的量少，不足以使R－轉(zhuǎn)化成－R，高于此值時(shí)，H2O2多，H2O2與－OH會(huì)發(fā)生反應(yīng)iii，不能使R－充分轉(zhuǎn)化成－R；（3）①ClO－把Ni(OH)2氧化成Ni2O3，本身被還原成Cl－，因此離子方程式為ClO－＋Ni(OH)2→Ni2O3＋Cl－，根據(jù)化合價(jià)的升降法進(jìn)行配平，即離子方程式為ClO－+2Ni(OH)2=Cl－ +Ni2O3+2H2O；根據(jù)離子方程式，消耗amolNi(OH)2的同時(shí)消耗a/2mol的ClO－，Cl2有80%在弱堿性轉(zhuǎn)化成ClO－，即Cl2＋2OH－=ClO－＋Cl－＋H2O，電解過(guò)程中產(chǎn)生氯氣的量為0.5a/80%mol，電解過(guò)程種2Cl－－2e－=Cl2，因此外電路轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.5a×2/80%mol=1.25a；②產(chǎn)生H2O的質(zhì)量為0.2×18g=3.6g，根據(jù)質(zhì)量守恒，Ni2O3的質(zhì)量為(20.2－3.6)g=16.6g，即Ni2O3的物質(zhì)的量為0.1mol，n(Ni2O3):n(H2O)=0.1:0.2=1:2，根據(jù)原子守恒和元素守恒，得出化學(xué)式為NiOOH·H2O或2NiOOH·H2O。