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【题目】某科研小组用镍触媒废料(主要成分为Ni-Al合金,混有少量Fe、Cu、Zn及有机物) 制备NiO并回收金属资源的流程如下所示:

已知:相关数据如表1和表2所示

表1部分难溶电解质的溶度积常数(25℃)

物质

Ksp

物质

Ksp

Fe(OH)3

4.0×10-38

CuS

6.3×10-34

Fe(OH)2

1.8×10-16

ZnS

1.6×10-24

Al(OH)3

1.0×10-33

NiS

3.2×10-18

Ni(OH)2

2.0×10-15

表2 原料价格表

物质

价格/(元吨-1

漂液(含25.2%NaClO)

450

双氧水(含30%H2O2

2400

烧碱(含98%NaOH)

2100

纯碱(含99.5%Na2CO3

600

请回答下列问题:

(1)“焙烧”的目的是________________________________

(2)“试剂a”的名称为__________________;选择该试剂的理由是______

(3)“氧化”时反应的离子方程式为__________________________________________

(4)欲使溶液中Fe3+和A13+的浓度均小于等于1.0×10-6 mol L-1,需“调节pH”至少为_______________

(5)“试剂b”应选择__________,“加水煮沸”时,反应的化学方程式为_______________________________

(6)氢镍电池是一种应用广泛的二次电池,放电时,该电池的总反应为NiOOH+MH=Ni(OH)2+M,当导线中流过2 mol电子时,理论上负极质量减少__________g。充电时的阳极反应式为_______________________________________________

【答案】除去废料中的有机物;使部分金属单质转化为氧化物 漂液 节约成本,不影响后续操作 2Fe2++ClO-+2H+=2 Fe3++Cl-+H2O 5 Na2CO3 NiCO3+H2ONi(OH)2+CO2 2 Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH +H2O

【解析】

铁触媒废料焙烧,可以将部分金属单质转化为金属氧化物以及使有机物燃烧而除去,焙烧后固体和硫酸反应生成硫酸盐;再将Fe2+氧化成Fe3+,氧化剂选择漂液(因为漂液价格低廉,且不影响后续实验)。然后调节pH使Fe3+Al3+一起转化为氢氧化物沉淀而除去。滤液1中还有Zn2+Cu2+以及Ni2+,加入NiS,可以除去Zn2+Cu2+。滤液2中有镍离子,同样的道理,在沉淀Ni2+的时候,选择碳酸钠,它的价格也是比较低,加入碳酸钠后得到碳酸镍;碳酸镍加水煮沸会转化成NiOH2,最后NiOH2灼烧分解,就可以得到氧化镍。

1)焙烧可以使部分金属单质变成金属氧化物,并且能够使有机物燃烧并除去。所以“焙烧”的目的为:除去废料中的有机物;使部分金属单质转化为氧化物;

(2)应选择氧化剂使亚铁离子氧化成铁离子,氧化剂包括了漂液和双氧水,但是双氧水的价格更贵,所以选择漂液;选择漂液的理由就是漂液成本更低,而且生成NaCl也不影响后续操作。

3)漂液中含有NaClO,将Fe2+氧化成Fe3+,ClO-被还原成Cl-,反应的离子方程式为

4)Fe(OH)3和Al(OH)3类型相同,Fe(OH)3 的KspAl(OH)3小,为了使它们完全沉淀,用Al(OH)3Ksp进行计算, pH至少为5

5)需要选择沉淀Ni2+的沉淀剂,NaOH的价格更贵,所以选择Na2CO3,根据题意,加入Na2CO3时,生成的滤渣2为NiCO3,NiCO3加水煮沸转化成Ni(OH)2,加水煮沸的方程式为NiCO3+H2ONi(OH)2+CO2↑。

6)镍氢电池放电时负极的是MH,在反应中MH变成了M,失去质量为H的质量,负极反应式为MH-e-+OH-=M+H2O,转移2mol,负极质量减少2g;充电时阳极发生氧化反应,化合价升高,Ni(OH)2变成NiOOH,电极反应式为:Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH +H2O

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4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g) H=1253.4kJ/mol

则用NH3处理NO生成氮气和气态水的热化学方程式为___________________

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M点的v_________Q点的v(“>”“<”“=”)

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