Question

【題目】Ni2O3是灰黑色、有光澤的固體，主要用作陶瓷、搪瓷和玻璃的著色顏料，也可用于制備鎳粉。以廢鎳料為原料提取Ni2O3的工藝流程如圖所示。

請回答下列問題：

(1)鎳的某種化合物NiOOH，其中Ni的化合價(jià)為___________。

(2)加入雙氧水“氧化”的離子方程式為____________________；濾渣A的主要成分是________________(填化學(xué)式)。

(3)步驟①中為了控制“氧化”效率，最佳物質(zhì)的量之比NaOH/NaClO =________。

(4)步驟②電解法制取Ni2O3，用NaOH調(diào)酸溶后溶液的pH至7.5，加入適量Na2SO4后以惰性電極電解。電解過程中產(chǎn)生的Cl2有約40%在弱堿性條件下生成ClO－，再把二價(jià)鎳氧化為三價(jià)鎳。加入Na2SO4的作用__________________________；當(dāng)有n mol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí)，外電路中通過電子的物質(zhì)的量約為____________。

(5)工業(yè)上，鎳作陽極，電解0.1molL－1NiCl2溶液與一定量NH4Cl溶液組成的混合溶液，可得到高純度、球形的超細(xì)鎳粉。當(dāng)其他條件一定時(shí)，NH4Cl的濃度對陰極電流效率(電極上實(shí)際沉積的物質(zhì)的量與理論析出量之比)及Ni的成粉的影響如圖所示。

① 為獲得高純度的球形超細(xì)鎳粉，NH4Cl溶液的濃度最好控制為__________gL－1。

② 當(dāng)NH4Cl濃度大于15gL－1時(shí)，陰極有氣體生成，導(dǎo)致陰極電流效率降低，請結(jié)合平衡移動(dòng)原理解釋其原因____。

Answer 1

【答案】+3 2Fe2＋＋2H＋＋H2O2=2Fe3＋＋2H2O Fe(OH)3 4 : 1(或4) 增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性 2.5n mol 10 隨著NH4Cl溶液濃度增大，NH4＋＋H2ONH3H2O＋H＋水解平衡向右移動(dòng)，H＋濃度增大，導(dǎo)致陰極放出氫氣

【解析】

依據(jù)含鎳廢料生產(chǎn)Ni2O3的工藝流程圖，分析每一步加入的試劑、發(fā)生的反應(yīng)、生成的產(chǎn)物，明確操作的作用。其中離子方程式的書寫與配平、關(guān)系式的應(yīng)用、圖象的分析，是解決問題的關(guān)鍵。

(1)據(jù)化合價(jià)的代數(shù)為零，求得NiOOH中Ni的化合價(jià)為+3。

(2)酸浸時(shí)廢料中的雜質(zhì)鐵與鹽酸反應(yīng)生成FeCl2，加入雙氧水將Fe2+氧化，離子方程式為2Fe2＋＋2H＋＋H2O2＝2Fe3＋＋2H2O。溶液中Fe3＋水解：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H+，調(diào)pH時(shí)Na2CO3與H+反應(yīng)使平衡右移，生成Fe(OH)3沉淀，濾渣A的主要成分是Fe(OH)3。

(3)酸溶時(shí)NiCO3與鹽酸反應(yīng)生成NiCl2，堿性溶液中NaClO氧化NiCl2的離子方程式為2Ni2++ClO-+4OH-=Ni2O3+Cl-+2H2O，步驟①中NaOH/NaClO最佳物質(zhì)的量之比4 : 1。

(4)以惰性電極電解NiCl2溶液時(shí)，陽極Cl-失電子生成Cl2（2Cl-－2e-=Cl2↑），進(jìn)而與堿反應(yīng)生成氧化劑ClO-（Cl2+2OH－=Cl-+ClO-+H2O）；陰極水得電子生成H2。故Na2SO4不參與電解反應(yīng)，其作用是增大溶液中離子濃度，增強(qiáng)溶液導(dǎo)電性。

據(jù)2Ni2+~ClO-~Cl2，n mol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳需要0.5n molCl2，則電解時(shí)陽極生成 Cl2 0.5n mol/40%=1.25n mol，電路中轉(zhuǎn)移電子 2.5n mol。

(5)據(jù)圖，鎳的成粉率最高時(shí)NH4Cl溶液的濃度約10gL－1。隨著NH4Cl溶液濃度增大，水解平衡NH4＋＋H2ONH3H2O＋H＋向右移動(dòng)，H＋濃度增大，在陰極得電子放出氫氣。