题目内容

18．人造金刚石酸洗废液中含有大量的Ni2+、Mn2+、Co2+等离子．某厂技术人员设计了如下方案，使上述离子的浓度降低到排放标准，且得到了纯度较高的镍粉．
Ⅰ．废液组成：
金属元素NiMnCoFeCuZn
浓度（g•L-1）45157.5≤0.1≤0.05≤0.05
Ⅱ．处理方案：
步骤1：调节pH：向强酸性溶液中加入NaOH溶液调节pH到2．
此步骤中工业上不直接使用饱和Na2CO3溶液来调节溶液的pH的原因可能是产生大量的CO2不利于工业生产．
步骤2：除去Mn2+、Co2+离子：在搅拌下加入适量饱和Na2CO3溶液和NaClO溶液并控制pH≤3.5，过滤．
①Mn2+反应生成MnO2同时放出CO2，写出此反应的离子方程式：Mn2++ClO-+CO32-=MnO2↓+Cl-+CO2↑．
②Co2+反应生成Co（OH）3沉淀同时放出CO2，写出此反应的离子方程式：2Co2++ClO-+2CO32-+3H2O=2Co（OH）3↓+Cl-+2CO2↑；
Ni2+可反应生成Ni（OH）3沉淀，Co2+可使Ni（OH）3转化为Co（OH）3沉淀，写出Ni（OH）3转化为Co（OH）3的离子方程式：Co2++Ni（OH）3=Co（OH）3↓+Ni2+．
③此步骤中必须控制好NaClO溶液的用量，其原因可能是Mn2+，Co2+沉淀完全而Ni2+不被沉淀．
步骤3：回收镍
以铅片为阳极，镍铬钛不锈钢片为阴极，电解步骤2中所得滤液，在阴极得到镍
粉．电解过程中电流效率与pH的关系如图所示，分析图表，回答下列问题：
①pH较低时，电流效率低的原因可能是：产生大量氢气．
②电解的最佳pH范围是：C  （填序号）．
A．3.0～3.5    B．3.5～4.0
C．4.0～4.5    D．4.5～5.0．

分析 步骤1：饱和Na2CO3溶液能与酸反应生成二氧化碳气体；
步骤2：①Mn2+被ClO-氧化成+4价的Mn，以MnO2的形式被除去，ClO-被还原成Cl-，同时放出CO2，根据化合价升降相等以及原子守恒配平；
②Co2+被ClO-氧化成+3价的Co，以Co（OH）3的形式被除去，ClO-被还原成Cl-，同时放出CO2，根据化合价升降相等以及原子守恒配平；根据题目信息即可完成；
③Ni（Ⅲ）和Co（Ⅲ）都有很强的氧化性，但Ni（Ⅲ）非常不稳定，氧化性比Co（Ⅲ）化合物的氧化性强，因此只要ClO-适量，即使Ni2+被氧化生成了三价镍的化合物，也会被未参加反应的Co2+、Mn2+还原为Ni2+．因此防止Ni2+被沉淀的方法就是控制ClO-的用量．
步骤3：从图中曲线变化趋势可以看出，当溶液酸性较大时，电解效率很低，随着pH的增大，电解效率增大，但是当pH＞4.5后，电解率与溶液pH变化不明显．因此此处要重点分析pH较小时电解效率不高，以及pH较大时电解效率也不高的原因．由于H+、Ni2+都能在电极的阴极放电，所以当pH较小，也即[H+]较大时，将产生大量的氢气，造成电解效率较低．当pH较大时，由于Ni2+生成了难溶物，溶液中[Ni2+]减小，也造成电解效率低．因此，从图中可以看出来，最佳的pH范围大约为4.0～4.5．

解答 解：步骤1：饱和Na2CO3溶液能与酸反应生成二氧化碳气体，产生大量的CO2不利于工业生产，故答案为：产生大量的CO2不利于工业生产；
步骤2：①Mn2+被ClO-氧化成+4价的Mn，以MnO2的形式被除去，ClO-被还原成Cl-，同时放出CO2，离子方程式为：Mn2++ClO-+CO32-=MnO2↓+Cl-+CO2↑，
故答案为：Mn2++ClO-+CO32-=MnO2↓+Cl-+CO2↑；
②Co2+被ClO-氧化成+3价的Co，以Co（OH）3的形式被除去，ClO-被还原成Cl-，同时放出CO2，离子方程式为：2Co2++ClO-+2CO32-+3H2O=2 Co（OH）3↓+Cl-+2CO2↑，
Ni2+可反应生成Ni（OH）3沉淀，Co2+可使Ni（OH）3转化为Co（OH）3沉淀，离子方程式为：Co2++Ni（OH）3=Co（OH）3↓+Ni2+，
故答案为：2Co2++ClO-+2CO32-+3H2O=2 Co（OH）3↓+Cl-+2CO2↑；Co2++Ni（OH）3=Co（OH）3↓+Ni2+；
③Ni（Ⅲ）和Co（Ⅲ）都有很强的氧化性，但Ni（Ⅲ）非常不稳定，氧化性比Co（Ⅲ）化合物的氧化性强，因此只要ClO-适量，即使Ni2+被氧化生成了三价镍的化合物，也会被未参加反应的Co2+、Mn2+还原为Ni2+，因此防止Ni2+被沉淀的方法就是控制ClO-的用量，故答案为：Mn2+，Co2+沉淀完全而Ni2+不被沉淀；
步骤3：从图中曲线变化趋势可以看出，当溶液酸性较大时，电解效率很低，随着pH的增大，电解效率增大，但是当pH＞4.5后，电解率与溶液pH变化不明显．因此此处要重点分析pH较小时电解效率不高，以及pH较大时电解效率也不高的原因．由于H+、Ni2+都能在电极的阴极放电，所以当pH较小，也即[H+]较大时，将产生大量的氢气，造成电解效率较低．当pH较大时，由于Ni2+生成了难溶物，溶液中[Ni2+]减小，也造成电解效率低．因此，从图中可以看出来，最佳的pH范围大约为4.0～4.5．
故答案为：①产生大量氢气；②C．

点评 该题考查学生对工艺流程试题了解掌握情况，试题综合性强，贴近高考，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范严谨的实验设计能力以及动手操作能力；该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论．

练习册系列答案
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8．常温下，部分弱酸的电离平衡常数如下表：
弱酸CH3COOHHCNH2CO3
电离平衡常数（25℃）K1=1.76×10-5K1=4.9×10-10K1=4.3×10-7
K2=5.6×10-11
下列选项错误的是（　　）
A．中和等体积、等pH的CH3COOH溶液和HCN溶液消耗NaOH的量前者大于后者
B．可发生反应：2CH3COOH+CO32-=2CH3COO-+H2O+CO2↑
C．Na+、CN-、CH3COO-、HCO3-等离子能大量共存
D．等浓度的CH3COONa和NaCN溶液pH前者小于后者
9．下列各组离子反应可用H++OH-=H2O表示的是（　　）
A．Cu（OH）2与H2SO4B．Ba（OH）2与H2SO4C．Fe（OH）3与HClD．HNO3与KOH
6．根据表中信息，判断下列叙述中正确的是（　　）
序号氧化剂还原剂其他反应物氧化产物还原产物
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②可用Q的氧化物、焦炭和X的单质在1 600～1 750℃生成QX，每消耗18 g碳生成1 mol QX，吸收b kJ的热量．
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