Question

【题目】Ni-MH电池在工农业生产和日常生活中具有广泛用途，废旧电池中含有大量金属元素，其回收利用具有非常重要的意义。一种利用废Ni-MH电池正极材料(主要含有Ni(OH)2，还含有少量Fe、Cu、Ca、Mg、Mn、Zn的氢氧化物)制备电子级硫酸镍晶体的工艺流程如下图所示：

回答下列问题：

（1）“浸出”时温度、硫酸浓度、浸出时间对镍浸出率的影响如下图：

则“浸出”时最适宜的条件为_______________。

（2）在“滤液1”中加入双氧水可将Fe2+转化为难溶的针铁矿(FeOOH)，写出反应的离子方程式：______________。

（3）“滤液2”中加入NaF可将滤液中Ca2+、Mg2+转化为难溶的CaF2和MgF2。当加入过量NaF后，所得“滤液3”中c(Mg2+)∶c(Ca2+)=0.67，则MgF2的溶度积为_____________[已知Ksp(CaF2)=1.10×10-10]。

（4）向“滤液3”中加入(NH4)2S2O8可以除锰，在此过程中(NH4)2S2O8与MnSO4反应生成含锰元素的一种黑色不溶物、硫酸铵及硫酸，写出该反应的化学方程式___________________。

（5）向“滤液4”加入有机萃取剂后，Zn2+与有机萃取剂(用HA表示)形成易溶于萃取剂的络合物ZnA2·2HA。该过程可以表示为：Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+

①已知加入萃取剂后，锌的萃取率随料液pH变化如图所示。试分析pH增大时，锌的萃取率逐渐增大的原因是___________________。

②“操作X”的名称是_____________。

（6）上述回收镍的过程中，使用了1kg含镍37.1%的正极材料，最终得到纯净的NiSO4·7H2O1.686kg，则镍的回收率为_______________。

Answer 1

【答案】 80℃ ，1.8mol/LH2SO4，30min 2Fe2++H2O2+2H2O=2FeOOH↓+4H+ 7.37×10-11 (NH4)2S2O8+MnSO4+2H2O=MnO2↓+(NH4)2SO4+2H2SO4 料液的pH增大，使料液中的c(H+)减小，促使Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+向右进行，锌的萃取率增大 分液 95.4%

【解析】分析：本题以利用废Ni-MH电池正极材料制备电子级硫酸镍晶体的工艺流程为载体，考查流程的分析、图像分析、适宜条件的选择、外界条件对化学平衡的影响、指定情境下方程式的书写、溶度积的计算、化学实验的基本操作和化学计算。废Ni-MH电池正极材料加H2SO4浸出时，金属的氢氧化物转化成相应的硫酸盐；浸出液中加入Na2S将Cu2+转化为CuS沉淀除去；向“滤液1”中加入双氧水将Fe2+转化为FeOOH沉淀除去；向“滤液2”中加入NaF将Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀而除去；向“滤液3”中加入（NH4）2S2O8除去Mn2+；“滤液4”中用有机萃取剂除去Zn2+。

详解：（1）根据图1，“浸出”最佳温度约为80℃；根据图2，随着硫酸浓度的增大Ni浸出率增大，硫酸浓度为1.8mol/L时Ni浸出率已经很大，当硫酸浓度大于1.8mol/L，继续增大硫酸浓度Ni浸出率增大不明显，硫酸最适宜浓度为1.8mol/L；根据图3，“浸出”时间小于30min随着时间的延长Ni浸出率明显增大，大于30minNi浸出率趋于平缓，最佳时间为30min；“浸出”时最适宜的条件是：温度为80℃、硫酸浓度为1.8mol/L、时间为30min。

（2）双氧水将Fe2+转化为FeOOH沉淀，Fe2+被氧化，H2O2被还原，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H2O=2FeOOH↓+4H+。

（3）当加入过量NaF后，Ksp（MgF2）=c（Mg2+）·c2（F-），Ksp（CaF2）= c（Ca2+）·c2（F-），将两式相比消去c2（F-），Ksp（MgF2）= Ksp（CaF2）=1.1010-100.67=7.3710-11。

（4）（NH4）2S2O8与MnSO4反应生成含锰元素的一种黑色不溶物、（NH4）2SO4和H2SO4，含锰元素的黑色不溶物为MnO2，反应可写成（NH4）2S2O8+MnSO4→MnO2↓+（NH4）2SO4+H2SO4，Mn元素的化合价由+2价升至+4价，S元素的化合价由+7价降至+6价，根据得失电子守恒和原子守恒配平，（NH4）2S2O8与MnSO4反应的化学方程式为：（NH4）2S2O8+MnSO4+2H2O=MnO2↓+（NH4）2SO4+2H2SO4。

（5）①pH增大时，锌的萃取率逐渐增大的原因是：料液pH增大，使料液中的c（H+）减小，促使Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+向右进行，锌的萃取率增大。

②“滤液4”中加入有机萃取剂将Zn2+萃取，出现分层现象，将有机层与水层分离的“操作X”的名称为分液。

（6）根据Ni守恒，Ni的回收率为100%=95.4%。