Question

17．一種磁性材料的磨削廢料（含鎳質(zhì)量分數(shù)約21%）主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物．由該廢料制備純度較高的氫氧化鎳，工藝流程如下：

回答下列問題：
（1）合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，反應有N₂生成．寫出金屬鎳溶解的離子方程式5Ni+12H⁺+2NO₃^-=5Ni²⁺+N₂↑+6H₂O．
（2）“除鐵”時H₂O₂的作用是將亞鐵離子氧化為鐵離子，為了證明添加的H₂O₂已足量，應選擇的試劑是鐵氰化鉀（填“鐵氰化鉀”或“硫氰化鉀”）溶液．黃鈉鐵礬[Na_xFe_y（SO₄）_m（OH）_n]具有沉淀顆粒大、沉淀速率快、容易過濾等特點，則x：y：m：n=1：3：2：6．
（3）“除銅”時，反應的離子方程式為H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺，若用Na₂S或Na₂S₂O₃代替H₂S除銅，優(yōu)點是無易揮發(fā)的有毒氣體硫化氫污染環(huán)境．
（4）已知除雜過程在陶瓷容器中進行，NaF的實際用量為理論用量的1.1倍，用量不宜過大的原因是過量的F^-離子生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器．
（5）100kg廢料經(jīng)上述工藝制得Ni（OH）₂固體的質(zhì)量為31kg，則鎳回收率的計算式為$\frac{31×59}{93×21}$×100%．
（6）鎳氫電池已成為混合動力汽車的主要電池類型，其工作原理如下：
M+Ni（OH）₂$?_{放電}^{充電}$MH+NiOOH式中：M-貯氫合金  MH-金屬氫化物
（式中M為儲氫合金）
寫出電池放電過程中正極的電極反應式NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

Answer 1

分析 一種磁性材料的磨削廢料（含鎳質(zhì)量分數(shù)約21%）主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物，加入硫酸和硝酸酸溶，合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，溶解Ni反應有N₂生成，過濾除去廢渣，濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液PH除去鐵離子，過濾得到濾渣和濾液，濾液中加入H₂S沉淀銅離子，過濾得到濾液中加入NaF用來除去鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中主要是鎳離子，加入氫氧化鈉溶液沉淀鎳離子生成氫氧化鎳固體，
（1）鎳和硝酸反應生成鎳離子、氮氣和水，結(jié)合電荷守恒、原子守恒、電子守恒配平書寫離子方程式；
（2）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子便于除去且不沉淀其他金屬離子，利用鐵氰化鉀和亞鐵離子結(jié)合生成藍色溶液檢驗亞鐵離子是否除凈；由題給信息，黃鈉鐵礬[Na_xFe_y（SO₄）_m（OH）_n]元素化合價代數(shù)和為0；
（3）硫化氫和銅離子反應生成難溶于酸的硫化銅沉淀，硫化氫是劇毒氣體分析；
（4）NaF的實際用量為理論用量的1.1倍，用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫形成的酸溶液反應；
（5）廢料含鎳質(zhì)量分數(shù)約21%，100kg廢料經(jīng)上述工藝制得Ni（OH）₂固體的質(zhì)量為31kg，依據(jù)鎳元素守恒計算回收得到鎳和原來鎳的質(zhì)量，計算回收率；
（6）正極上NiOOH得電子生成Ni（OH）₂．

解答 解：一種磁性材料的磨削廢料（含鎳質(zhì)量分數(shù)約21%）主要成分是鐵鎳合金，還含有銅、鈣、鎂、硅的氧化物，加入硫酸和硝酸酸溶，合金中的鎳難溶于稀硫酸，“酸溶”時除了加入稀硫酸，還要邊攪拌邊緩慢加入稀硝酸，溶解Ni反應有N₂生成，過濾除去廢渣，濾液中加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液PH除去鐵離子，過濾得到濾渣和濾液，濾液中加入H₂S沉淀銅離子，過濾得到濾液中加入NaF用來除去鎂離子和鈣離子，過濾得到濾液中主要是鎳離子，加入氫氧化鈉溶液沉淀鎳離子生成氫氧化鎳固體，
（1）鎳和硝酸反應生成鎳離子、氮氣和水，結(jié)合電荷守恒、原子守恒、電子守恒配平書寫離子方程式為：5Ni+12H⁺+2NO₃^-=5Ni²⁺+N₂↑+6H₂O，
故答案為：5Ni+12H⁺+2NO₃^-=5Ni²⁺+N₂↑+6H₂O；
（2）“除鐵”時H₂O₂的作用是過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子便于除去且不沉淀其他金屬離子，為了證明添加的H₂O₂已足量，應選擇的試劑是利用鐵氰化鉀和亞鐵離子結(jié)合生成藍色溶液檢驗亞鐵離子是否除凈，由題給信息，將某廢水中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再加入Na₂SO₄使其生成黃鈉鐵礬而除去，黃鈉鐵礬[Na_xFe_y（SO₄）_m（OH）_n]中鐵元素化合價為+3價，元素化合價代數(shù)和為0，x+3y-2m-n=0，得到x+3y=2m+n，x：y：m：n=1：3：2：p，則p=6，
故答案為：將亞鐵離子氧化為鐵離子；鐵氰化鉀；6；
（3）硫化氫和銅離子反應生成難溶于酸的硫化銅沉淀，反應的離子方程式為：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺，硫化氫是劇毒氣體，若用Na₂S或Na₂S₂O₃代替H₂S除銅，優(yōu)點是無易揮發(fā)的有毒氣體硫化氫污染環(huán)境，
故答案為：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺，無易揮發(fā)的有毒氣體硫化氫污染環(huán)境；
（4）NaF的實際用量為理論用量的1.1倍，用量不宜過大是因為，過量氟化鈉會在溶液中生成氟化氫，陶瓷容器中的二氧化硅會和氟化氫形成的酸溶液反應，
生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器，
故答案為：過量的F^-離子生成氫氟酸會腐蝕陶瓷容器；
（5）廢料含鎳質(zhì)量分數(shù)約21%，100kg廢料經(jīng)上述工藝制得Ni（OH）₂固體的質(zhì)量為31kg，廢料中鎳元素質(zhì)量=100kg×21%=21kg，反應生成鎳元素質(zhì)量=$\frac{31}{93}$×59kg，則鎳回收率的計算式=$\frac{\frac{31}{93}×59}{21}$×100%=$\frac{31×59}{93×21}$×100%，
故答案為：$\frac{31×59}{93×21}$×100%；
（6）NiMH電池放電過程中，正極上NiOOH得電子生成Ni（OH）₂，則正極的電極方程式為：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，
故答案為：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

點評 本題考查了物質(zhì)分離的實驗設(shè)計和方法應用、元素守恒的有關(guān)計算、原電池原理和電極反應書寫，主要是利用溶液不同PH條件下離子沉淀的情況不同，控制溶液PH除去雜質(zhì)離子，同時考查了除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，硫、鐵及其化合物性質(zhì)分析判斷，題目難度中等．