题目内容
【题目】三氧化二镍(Ni2O3)是一种灰黑色无气味有光泽的块状物,易碎成细粉末,常用于制造高能电池。工业上以金属镍废料生产NiCl2,继而生产Ni2O3的工艺流程如下:
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L-1计算)。
氢氧化物 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Al(OH)3 | Ni(OH)2 |
开始沉淀的pH | 1.1 | 6.5 | 3.5 | 7.1 |
沉淀完全的pH | 3.2 | 9.7 | 4.7 | 9.2 |
(1)为了提高金属镍废料浸出的速率,在“酸浸”时可采取的措施有:①适当升高温度;②搅拌;③___________等。
(2)酸浸后的酸性溶液中含有Ni2+、Cl-,另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+等。沉镍前需加Na2CO3控制溶液pH范围为___________。
(3)从滤液A中可回收利用的主要物质是Na2CO3和___________。
(4)“氧化”生成Ni2O3的离子方程式为___________。
(5)工业上用镍为阳极,电解0.05~0.1 mol·L-1 NiCl2 溶液与一定量NH4Cl组成的混合溶液,可得到高纯度、球形的超细镍粉。当其它条件一定时,NH4Cl的浓度对阴极电流效率及镍的成粉率的影响如右图所示,则NH4Cl的浓度最好控制为___________。
(6)如果在“沉镍”步骤把Na2CO3改为加草酸,则可以制得草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)。草酸镍晶体在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧三小时,可以制得Ni2O3,同时获得混合气体。草酸镍晶体受热分解的化学方程式为 ___________。
【答案】 增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等) 4.7~7.1 NaCl 2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3↓+Cl-+2H2O 10 g·L-1 2NiC2O4·2H2ONi2O3+3CO↑+CO2↑+4 H2O
【解析】酸浸后的酸性溶液中含有Ni2+、Cl-,另含有少量Fe2+、Fe3+、Al3+等,加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子,加入碳酸钠溶液调节溶液的pH,使铝离子、铁离子全部沉淀,过滤后的滤液中再加入碳酸钠沉淀镍离子得NiCO3,滤液A中含有NaCl等物质,将NiCO3再溶于盐酸,得氯化镍溶液,向其中加入次氯酸钠和氢氧化钠溶液可得Ni2O3。
(1)为了提高金属镍废料浸出的速率,还可以增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等)等,故答案为:增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等);
(2)沉镍前要将铝离子和铁离子沉淀完全,而镍离子不能产生沉淀,所以溶液的PH值控制在4.7~7.1,故答案为:4.7~7.1;
(3)滤液A中主要含有氯化钠,可回收利用,故答案为:NaCl;
(4)Cl元素由+1价降低到-1价,即反应生成NaCl,而Ni由+2价升高到+3价,生成Ni2O3,反应离子方程式为:2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3↓+Cl-+2H2O,故答案为:2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3↓+Cl-+2H2O;
(5)根据图2可知,NH4Cl的浓度为10gL-1时,镍的成粉率最高,所以NH4Cl的浓度最好控制为10 gL-1,故答案为:10 gL-1;
(6)草酸镍(NiC2O42H2O)在热空气中干燥脱水后生成NiC2O4,NiC2O4再发生氧化还原反应(Ni由+2价升高到+3价,则C由+3价降低到+2价,题中要求生成混合气体,则另一气体为CO2)生成Ni2O3、CO、CO2,再利用化合价升降相等,Ni:升高2×(3-2),C:升高1×(4-3),C:降低:3×(3-2),配平方程式为:2NiC2O4·2H2ONi2O3+3CO↑+CO2↑+4 H2O,故答案为:2NiC2O4·2H2O
Ni2O3+3CO↑+CO2↑+4 H2O。
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