Question

12．“海綿鎳鋁催化劑”是一種多孔的鎳鋁合金，常用作有機催化劑．現(xiàn)以某粗鎳（含Ni、Fe、Cu及難與酸、堿溶液反應(yīng)的不溶性雜質(zhì)）為原料制取該催化劑，主要流程如圖

：25℃時，以0.1mol/L金屬離子測定得到如表數(shù)據(jù)：

物質(zhì)		CuS	Cu（OH）2	Ni（OH）2	NiS	Fe（OH）3
Ksp		6×10-36			3×10-19
pH	開始沉淀		4.7	7.2		1.9
	沉淀完全		6.7	9.2		3.2

根據(jù)信息回答：
（1）步驟①常用熱濃硫酸進行酸浸，寫出酸浸時金屬鎳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Ni+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiSO₄+SO₂↑+2H₂O．
（2）酸浸過程應(yīng)控制酸的濃度、溫度等條件，如圖是鎳的浸出率與溫度的關(guān)系，溫度高于100℃時，Ni²⁺浸出率降低的原因可能是溫度超過100℃后，Ni²⁺的水解程度變大，生成更多Ni（OH）₂．

（3）濾液l中含有0.8mol/LNi²⁺、0.1mol/LFe³⁺、0.1mol/LCu²⁺，步驟②的連續(xù)操作過程需要先分離出鐵元素、銅元素，再制得鎳硫化合物．為達到此目的，應(yīng)先加NaOH將溶液調(diào)節(jié)至6.7≤pH＜7.2（填pH的取值范圍）；再加_D（選填最佳試劑的序號）．當(dāng)溶液中Ni²⁺開始形成NiS時，c（Cu²⁺）1.6×10^-17mol/L．（忽略溶液體積變化）
A．硝酸        B．氨水      C．A1₂S₃    D．H₂S
（4）步驟③生成的Ni（CO）₄中碳的化合價與KCN中碳的化合價相同，則Ni（CO）₄中Ni的化合價為0；工業(yè)上也常用NaClO氧化NiSO₄，將制得的NiOOH熱分解后進行還原得到Ni．ClO^-在堿性條件下氧化Ni²⁺生成NiOOH的離子方程式為ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH+H₂O+Cl^-．
（5）步驟⑥的目的是降低鋁含量、獲得多孔狀的“海綿鎳鋁催化劑”，從而增強對氫氣的吸附性，步驟⑥的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．

Answer 1

分析 粗鎳（含Ni、Fe、Cu及難與酸、堿溶液反應(yīng)的不溶性雜質(zhì)），流程分析可知，粗鎳稀硫酸酸溶得到溶液A含有Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，凈化除雜連續(xù)操作過程需要先分離出鐵元素、銅元素，再制得鎳硫化合物，通入CO反應(yīng)得到Ni（CO）₄加熱得到純鎳，氬氣環(huán)境中加入鋁型材鎳鋁合金，在弄氫氧化鈉溶液中堿浸，得到海綿鎳鋁催化劑，
（1）步驟①常用熱濃硫酸進行酸浸，鎳和濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鎳、二氧化硫和水；
（2）Ni（OH）₂是由Ni²⁺水解而得到的，所以溫度過高時Ni²⁺的水解程度變大，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大；
（3）調(diào)節(jié)溶液PH是沉淀銅離子和鐵離子，鎳離子不能沉淀，據(jù)此選擇PH范圍；加入試劑沉淀鎳離子，當(dāng)溶液中Ni²⁺開始形成NiS時，銅離子濃度結(jié)合NiS互為CuS的溶度積常數(shù)計算得到；
（4）步驟③生成的Ni（CO）₄中碳的化合價與KCN中碳的化合價相同，結(jié)合化合物中元素化合價代數(shù)和為0計算，ClO^-在堿性條件下氧化Ni²⁺生成NiOOH，次氯酸根離子被還原為氯離子，結(jié)合電荷守恒、原子守恒、電子守恒配平書寫離子方程式；
（5）鋁和堿溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣．

解答 解：粗鎳（含Ni、Fe、Cu及難與酸、堿溶液反應(yīng)的不溶性雜質(zhì)），流程分析可知，粗鎳稀硫酸酸溶得到溶液A含有Ni²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，凈化除雜連續(xù)操作過程需要先分離出鐵元素、銅元素，再制得鎳硫化合物，通入CO反應(yīng)得到Ni（CO）₄加熱得到純鎳，氬氣環(huán)境中加入鋁型材鎳鋁合金，在弄氫氧化鈉溶液中堿浸，得到海綿鎳鋁催化劑，
（1）步驟①常用熱濃硫酸進行酸浸，酸浸時金屬鎳發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ni+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiSO₄+SO₂↑+2H₂O，
故答案為：Ni+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiSO₄+SO₂↑+2H₂O；
（2）驗表明鎳的浸出率與溫度有關(guān)，隨著溫度升高鎳的浸出率增大，但當(dāng)溫度高于70℃時，鎳的浸出率又降低，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，Ni（OH）₂是由Ni²⁺水解而得到的，所以溫度過高時Ni²⁺的水解程度變大，浸出渣中Ni（OH）₂含量增大，溫度超過100℃后，Ni²⁺的水解程度變大，生成更多Ni（OH）₂，
故答案為：溫度超過100℃后，Ni²⁺的水解程度變大，生成更多Ni（OH）₂；
（3）濾液l中含有0.8mol/LNi²⁺、0.1mol/LFe³⁺、0.1mol/LCu²⁺，步驟②的連續(xù)操作過程需要先分離出鐵元素、銅元素，再制得鎳硫化合物．為達到此目的，分析圖表數(shù)據(jù)得到，應(yīng)先加NaOH將溶液調(diào)節(jié)至6.7≤pH＜7.2，保證銅離子和鐵離子沉淀完全，再加入試劑H₂S沉淀鎳離子，硝酸、氨水、Al₂S₃會引入雜質(zhì)離子，故選D，Ksp（NiS）=3×10^-19，計算c（S^2-）=$\frac{3×1{0}^{-19}}{0.8}$mol/L，Ksp（CuS）=6×10^-36，c（Cu²⁺）=$\frac{6×1{0}^{-36}}{\frac{3×1{0}^{-19}}{0.8}}$=1.6×10^-17mol/L，
故答案為：6.7≤pH＜7.2；D；1.6×10^-17mol/L；
（4）步驟③生成的Ni（CO）₄中碳的化合價與KCN中碳的化合價相同，鉀為+1價，N為-3價，C為+2價，則Ni（CO）₄中Ni的化合價為0，ClO^-在堿性條件下氧化Ni²⁺生成NiOOH，次氯酸根離子被還原為氯離子，結(jié)合電荷守恒、原子守恒、電子守恒配平書寫離子方程式：ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH+H₂O+Cl^-，
故答案為：0；ClO^-+2Ni²⁺+4OH^-=2NiOOH+H₂O+Cl^-；
（5）步驟⑥是鋁和堿溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純、物質(zhì)性質(zhì)、除雜方法和溶度積常數(shù)計算、離子方程式書寫等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．