Question

【題目】蘭尼鎳是一種帶有多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)小晶粒組成的鎳鋁合金，被廣泛用作有機(jī)物的氫化反應(yīng)的催化劑。以紅土鎳礦(主要成分為NiS、FeS和SiO2等)為原料制備蘭尼鎳的工藝流程如下圖所示：

（1）煅燒時(shí)生成的主要?dú)怏w產(chǎn)物是________ ，浸出渣A的主要成分是________。

（2）紅土鎳礦煅燒后生成的Ni2O3有強(qiáng)氧化性，加壓酸浸時(shí)有無(wú)色無(wú)味的氣體產(chǎn)生且有NiSO4生成，則該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為________。

（3）向浸出液A中加入適量Na2S，發(fā)生氧化還原反應(yīng)的離子方程式為________。

（4）若Na2S過(guò)量，則過(guò)濾出的固體中會(huì)混有________；H2S也可代替Na2S使用，但不利之處是________。

（5）已知Ni(CO)4的沸點(diǎn)是42.2℃，Ni(s)+CO(g) Ni(CO)4(g)的平衡常數(shù)與溫度關(guān)系如下：

溫度/℃	25	80	230
平衡常數(shù)	5×104	2	1.9×10-5

步驟①、步驟②的最佳溫度分別是________、 ________（選填項(xiàng)代號(hào)）。

A．25℃ B．30℃ C．50℃ D．80℃ E．230℃

（6）加氫氧化鈉的目的是溶解部分鋁，形成多孔結(jié)構(gòu)的鎳鋁合金，已知紅土鎳礦中NiS質(zhì)量分?jǐn)?shù)45.5%，取1kg紅土鎳礦進(jìn)行制備，熔融時(shí)加入270g鋁，浸出時(shí)消耗800mL 5mol/LNaOH，理論上生成的蘭尼鎳的化學(xué)式為________。

Answer 1

【答案】SO2； SiO2 1：4 2Fe3++S2-=2Fe2++S↓ FeS H2S有毒，污染壞境 C E Ni5Al6

【解析】

紅土鎳礦(主 要成分為NiS、FeS和SiO2等)煅燒發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到Ni2O3、Fe2O3 (SiO2不反應(yīng))，加入硫酸加壓酸浸，Ni2O3、Fe2O3溶解， 發(fā)生的反應(yīng)有2Ni2O3＋4H2SO4=4NiSO4＋O2↑＋4H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4) 3+3H2O，SiO2不與硫酸反應(yīng)，過(guò)濾得到浸出渣A (SiO2) ，浸出液A中含Ni2+、Fe3+，向浸出液A中通入Na2S，發(fā)生還原反應(yīng)的 離子方程式是：2Fe3++S2-=2Fe2++S↓，另外生成沉淀NiS，過(guò)濾得到鎳硫化合物NiS，再通入CO氣體，形成Ni (CO) 4，加熱得到鎳，高溫熔融時(shí)通入氬氣，加入鋁，得到合金，將合金冷卻、粉碎，再用濃氫氧化鈉溶液堿浸，鋁與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氫氣使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)，浸出液B中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣B，得到產(chǎn)品蘭尼鎳，據(jù)此分析解答。

（1）由于礦物中含有硫元素，因此煅燒過(guò)程中產(chǎn)生的主要?dú)怏w產(chǎn)物為SO2；礦物中的SiO2與稀硫酸不反應(yīng)，因此所得濾渣A為SiO2；

（2）反應(yīng)產(chǎn)生的無(wú)色無(wú)味的氣體應(yīng)為O2 ，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Ni2O3＋4H2SO4=4NiSO4＋O2↑＋4H2O；該反應(yīng)中，氧化產(chǎn)物為O2 ，還原產(chǎn)物為NiSO4 ，二者的物質(zhì)的量之比為1:4；

（3）濾液A中含有Fe3＋ ，具有氧化性，能將S2－氧化成S，該反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3++S2-=2Fe2++S↓；

（4）若Na2S過(guò)量，則會(huì)與反應(yīng)生成的Fe2+形成FeS沉淀；由于H2S是一種有毒氣體，會(huì)造成空氣污染，因此不用H2S代替Na2S；

（5）步驟①要制得Ni(CO)4 ，而Ni(CO)4的沸點(diǎn)為42.2℃，因此步驟①應(yīng)選用溫度為42.2℃左右，故選C；

步驟②要得到Ni，應(yīng)使平衡逆向進(jìn)行，結(jié)合溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響可知，應(yīng)控制溫度為230℃，故選E；

（6）1kg紅土鎳礦中所含Ni的質(zhì)量浸出時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，因此浸出時(shí)消耗n(Al)=n(NaOH)=5mol/L×0.8L=4mol，則形成蘭尼鎳的Al的質(zhì)量m(Al)=270g-4mol×27g/mol=162g，令蘭尼鎳的化學(xué)式為NiaAlb ，由元素質(zhì)量比可得等式 ，解得 ，因此蘭尼鎳的化學(xué)式為Ni5Al6。