Question

【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NiO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2、CaO)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)；

ⅱ.常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4×10－38，Ksp[Fe(OH)2]=8×10-16，Ksp[Al(OH)3]=1×10-33，Ksp[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)调pH的目的是沉淀溶液中的铁和铝，调节pH=5时，________(选填“能”或“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______________。

Answer 1

【答案】增大接触面积，加快酸溶速率 SiO2、CaSO4 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 能 C 2Ni2++N2H4+4OH-=2Ni↓+N2↑+4H2O Ni2++2e-=Ni、2H++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NiSO4、Fe2(SO4)3、FeSO4、Al2(SO4)3、CaSO4，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)3、Al(OH)3沉淀进入滤渣2中，在滤液2中含有Ni2+，向其中加入NaOH、N2H4，发生氧化还原反应产生N2、Ni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SiO2、CaSO4；

(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)用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]=4×10-38、Ksp[Al(OH)3]=1×10-33可知，pH=5时c(Fe3＋)=4×10-11 mol/L、c(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2个H原子形成2对共用电子对，所以N2H4的电子式为；“转化Ⅱ”中Ni2+与N2H4在碱性条件下发生氧化还原反应，产生Ni、N2、H2O，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-=Ni和2H++2e-= H2↑。