题目内容

【题目】镍是一种常用的有机催化剂,且在电磁领域应用广泛。某工厂以含镍废料(主要含NiOFe2O3FeOAl2O3SiO2CaO)为原料制备镍单质的流程如下:

已知:ⅰ.Ni2在弱酸性环境中易水解,氧化性:Ni2(高浓度)>H>Ni2(低浓度)

.常温下,Ksp[Fe(OH)3]=4×1038Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16Ksp[Al(OH)3]=1×10-33Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15,离子浓度低于1×10-5 mol·L-1时,认为沉淀完全。

回答下列问题:

(1)“粉碎的目的是____________滤渣1”的主要成分为____________

(2)“转化Ⅰ的目的为___________________(用离子方程式表示)

(3)为了更加环保,有人用H2O2代替NaClO进行转化Ⅰ,发现所用H2O2远远高于理论用量,分析造成这一结果的原因为__________________

(4)pH的目的是沉淀溶液中的铁和铝,调节pH=5时,________(选填不能”)达到目的,试剂X”可以是________(填选项字母)

A.FeO B.Fe2O3 C.NiO D.Al2O3

(5)N2H4的电子式为___________转化Ⅱ中发生反应的离子方程式为________

(6)工业上也可取滤液2”,利用电沉积法制取金属Ni,电解装置如下。电解过程中镍棒上可能发生的电极反应式为______________

【答案】增大接触面积,加快酸溶速率 SiO2CaSO4 2H++2Fe2++ClO-=2Fe3++Cl-+H2O 溶液中的Fe3+能催化分解H2O2,从而使所用H2O2远远高于理论用量 C 2Ni2++N2H4+4OH-=2Ni↓+N2↑+4H2O Ni2++2e-=Ni2H++2e-= H2

【解析】

向粉碎后的含镍废料中加入稀硫酸,其中的金属氧化物与硫酸反应产生NiSO4Fe2(SO4)3FeSO4Al2(SO4)3CaSO4,反应产生微溶于水的CaSO4 及不能反应的SiO2进入滤渣1中,向滤液中加入NaClO,溶液中Fe2+氧化为Fe3,然后加入NiO调整溶液的pH,使溶液中的Fe3+Al3+反应形成Fe(OH)3Al(OH)3沉淀进入滤渣2中,在滤液2中含有Ni2+,向其中加入NaOHN2H4,发生氧化还原反应产生N2Ni和水,据此分析解答。

(1)“粉碎含镍废料的目的是增大接触面积,可以加快酸溶速率;由上述分析可知,滤渣1”的主要成分为SiO2CaSO4

(2)“转化Ⅰ的目的是将溶液中Fe2氧化为Fe3+,反应离子方程式为2H++2Fe2++ClO-=2Fe3++Cl-+H2O

(3)H2O2代替NaClO进行转化Ⅰ时,发现所用H2O2远远高于理论用量,这是由于溶液中生成的Fe3能催化分解H2O2,使所用H2O2远远高于理论用量;

(4)根据Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38Ksp[Al(OH)3]=1×10-33可知,pH=5c(Fe3)=4×10-11 mol/Lc(Al3+)=1×10-6 mol/L,均小于1×10-5 mol/L,因此Fe3+Al3+能沉淀完全;调pH时,为了使Fe3+Al3+沉淀完全且不引入其他杂质,加入的试剂X”可以是NiO,故合理选项是C

(5)N2H4分子中两个N原子共用1对电子,每个N原子再分别与2H原子形成2对共用电子对,所以N2H4的电子式为转化ⅡNi2+N2H4在碱性条件下发生氧化还原反应,产生NiN2H2O,根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得反应的离子方程式为2Ni2++N2H4+4OH-=2Ni↓+N2↑+4H2O

(6)电解过程中Ni2+在阴极镍棒上获得电子,发生还原反应,还可能有溶液中的H+获得电子变为H2逸出,故电解过程中镍棒上可能发生的电极反应式为Ni2++2e-=Ni2H++2e-= H2

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