Question

【题目】蛇纹石（含MgO、NiO、SiO2、Fe2O3、FeO等）因其外表青绿相问像蛇纹一样而得名。一种以蛇纹石为原料制取铁红和碱式碳酸镍[Ni3（OH）4CO34H2O]的流程如图：

已知：Ⅰ．该实验温度下，不同pH时铁沉淀物成分及热分解产物：

pH	铁沉淀物成分	热分解产物
2.5	NH4Fe3（SO4）2（OH）6	Fe2O3，SO2，SO3，NH3，O2，H2O
3.5	α-FeOOH	Fe2O3，H2O

Ⅱ．部分金属离子沉淀的pH：

	Mg2+	Fe2+	Ni2+
开始沉淀的pH	9.4	6.5	6.7
沉淀完全的pH	12.4	9.7	9.5

Ⅲ．“氨浸“后所得溶液中主要成分为[Ni（NH3）6]2+，且存在[Ni（NH3）6]2+ Ni2++6NH3请回答：

（1）滤饼a的主要成分为___。

（2）滤饼b经洗涤、煅烧可得铁红。则“一次沉淀”时应控制pH=__（填“2.5或“3.5”），其原因为___。

（3）“氨浸”时生成[Ni（NH3）6]2+的离子方程式为___；此过程会同时加入 NH4HCO3，其目的为___。

（4）“沉淀”前须先”酸化”，用平衡移动原理解释其原因为__。

（5）实验室测得Ni3（OH）4CO34H2O（M=377）样品在空气中受热时样品失重率（失重率=固体样品损失的总质量/起始加入样品的质量×100%）与温度（T）的关系如图所示。

①200oC时所得固体的化学式为___。

②250～350oC之间反应的化学方程式为___。

（6）碱式碳酸镍可进一步转化制得镍氢电池。镍氢电池的工作原理为：Ni（OH）2+MNiOOH+MH（M表示储氢金属或合金）。该电池充电过程中阴极的电极反应式为___。

Answer 1

【答案】SiO2 3.5 pH=3.5时，氧化铁产率高 Ni（OH）2+6NH3H2O=[Ni（NH3）6]2++2OH-+6H2O NH4++OH-NH3H2O，消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，HCO3-+OH-CO32-+H2O也消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，同时NH4++OH-NH3H2O，可以降低原料NH3H2O的用量 H+与NH3反应，促使[Ni（NH3）6]2+Ni2++6NH3正向移动，生成更多的Ni2+，有利于后续获得更多产品碱式碳酸镍 Ni3（OH）4CO3 Ni3（OH）4CO33NiO+2H2O↑+CO2↑ M+H2O+e-=MH+OH-

【解析】

根据流程：蛇纹石（含MgO、NiO、SiO2、Fe2O3、FeO等）用硫酸酸浸，SiO2不溶，过滤得到含有Mg2+、Ni2+、Fe2+、Fe3+的溶液，滤饼a的主要成分为SiO2，加入氨水调节pH=3.5，得到沉淀α-FeOOH，经洗涤、煅烧可得铁红，滤液中加氨水调节pH沉淀Ni2+、Fe2+，过滤得到Ni（OH）2、Fe（OH）2，用氨水氨浸沉淀溶解Ni（OH）2，Ni（OH）2+6NH3H2O=[Ni（NH3）6]2++2OH-+6H2O，同时加入NH4HCO3促进Ni（OH）2的溶解，滤饼c为Fe（OH）2，将含有[Ni（NH3）6]2+的滤液用硫酸酸化得到Ni2+，再用碳酸钠沉淀得到Ni3（OH）4CO34H2O。

（1）SiO2不溶于硫酸，滤饼a的主要成分为SiO2；

（2）滤饼b经洗涤、煅烧可得铁红，由表可知，pH=3.5时，氧化铁产率高，故调节pH=3.5沉淀Fe3+；

（3）根据分析，“氨浸”时Ni（OH）2生成[Ni（NH3）6]2+，反应为：Ni（OH）2+6NH3H2O=[Ni（NH3）6]2++2OH-+6H2O；此过程会同时加入NH4HCO3，因为存在NH4++OH-NH3H2O，消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，HCO3-+OH-CO32-+H2O也消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，同时NH4++OH-NH3H2O，可以降低原料NH3H2O的用量；

（4）已知，“氨浸“后所得溶液中主要成分为[Ni（NH3）6]2+，且存在[Ni（NH3）6]2+Ni2++6NH3，加入硫酸酸化，H+与NH3反应，促使[Ni（NH3）6]2+Ni2++6NH3正向移动，生成更多的Ni2+，有利于后续获得更多产品碱式碳酸镍；

（5）①Ni3（OH）4CO34H2O（M=377）中，w（H2O）=×100%=19.1%，由图可知，200oC时，失重率=19.1%，说明样品失去结晶水，此时的固体物质为Ni3（OH）4CO3；

②由图可知，250℃时物体为Ni3（OH）4CO3，300℃后固体物质不再变化，为镍的氧化物，设样品为1mol，300℃后，则根据镍元素守恒，最终的固体产物中含有3mol镍元素，此时固体物质的的质量为：377g-377g×（1-40.3%）=151.731g，其中n（O）==3，故n（Ni）：n（O）=1：1，此时固体物质为NiO，故250～350oC之间反应的化学方程式为：Ni3（OH）4CO33NiO+2H2O↑+CO2↑；

（6）镍氢电池的工作原理为：Ni（OH）2+MNiOOH+MH，充电时阴极得电子发生还原反应，则为水中氢离子放电生成氢后被M储存，电极反应为：M+H2O+e-=MH+OH-。