Question

【題目】以某鎳礦（主要成分為NiS、CuS、FeS、SiO2等）為原料制備一種多孔結構的細小鎳晶粒，可用作有機物氫化反應的催化劑和儲氫材料。工藝流程如圖所示：[已知金屬活動順序為：Fe>Ni>（H）>Cu]

（1）已知該鎳礦煅燒后生成Ni2O3，而加壓酸浸液A中含有Ni2+，寫出有關鎳元素的加壓酸浸的化學方程式___。

（2）已知Ni(CO)4的沸點是42.2℃，Ni（S）+4CO（g）Ni(CO)4（g）的平衡常數與溫度的關系如下：

步驟①、步驟②的最佳溫度分別是___、___（填選項代號）

A.25℃ B.30℃ C.50℃ D.80℃ E.230℃

（3）“高溫熔融”時通入氬氣的目的是___。

（4）“堿浸”是整個流程的核心步驟，該步驟的目的是___，發生反應的離子方程式為___。

（5）浸出液B可以回收，重新生成鋁以便循環利用，請設計簡單的回收流程：

（示例：）浸出液B→___。

（6）鎳硫化合物中會含有少量的CuS，也可以采用電解精煉的方法獲得純鎳，流程為：

電解制粗鎳時陽極發生的主要電極反應式為___；

精煉過程需控制pH2~5的原因___。

Answer 1

【答案】2Ni2O3+4H2SO4=4NaSO4+O2↑+4H2O C E 防止Ni、Al被空氣中的氧氣氧化 除去合金中的鋁，形成多孔結構，便于吸附氫氣 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ B→Al(OH)3→Al2O3→Al(反應條件：第一步CO2；第二步：灼燒；第三步：電解) NiS-2e-=Ni2++S 當pH<2時，c(H+)大，易在陽極放電，當pH>5時，c(OH-)大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀

【解析】

鎳礦(主要成分為NiS、CuS、FeS和SiO2等)煅燒發生氧化還原反應得到Ni2O3、、CuO、Fe2O3(SiO2不反應)，加入硫酸加壓酸浸，Ni2O3、CuO、Fe2O3溶解， SiO2不與硫酸反應，過濾得到浸出渣A(SiO2)，浸出液A中含Ni2+、Cu2+、Fe3+，向浸出液A中通入H2S氣體，還原Fe3+為Fe2+，并得到含有少量硫化銅的NiS沉淀，過濾得到鎳硫化合物，再通入CO氣體，形成Ni(CO)4，加熱得到鎳，高溫熔融時通入氬氣，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，鋁與氫氧化鈉反應產生氫氣使鎳鋁合金產生多孔的結構，浸出液B中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣B，得到產品蘭尼鎳，據此分析解答。

(1)加壓酸浸液A中含有Ni2+，說明加壓酸浸過程中Ni元素被還原，參與反應的物質有Ni2O3，H2SO4，可能有水，根據各元素的價態規律可知只有O元素能被氧化，所以氧化產物為O2，根據電子守恒和元素守恒可得方程式為2Ni2O3+4H2SO4=4NaSO4+O2↑+4H2O；

(2)平衡常數越大正反應進行的越徹底，步驟①要得到Ni(CO)4，需要平衡右移，據表格可知溫度越低平衡常數越大，但考慮到Ni(CO)4的沸點是42.2℃，且氣體與氣體反應接觸面積更大，反應速率更快，所以步驟①最合適的溫度為50℃，即選C；步驟②需要平衡逆向移動，則需要適當提高溫度，所以步驟②的最佳溫度為230℃，即選E；

(3)氬氣性質穩定，通入氬氣可防止Ni、Al被空氣中的氧氣氧化；

(4)根據分析可知堿浸的主要目的，除去合金中的鋁，形成多孔結構，便于吸附氫氣；離子方程式為2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；

(5)浸出液B中Al元素的主要存在形式為AlO2-，為得到單質鋁，可先通入二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，灼燒沉淀生成氧化鋁，電解熔融氧化鋁得到鋁單質；

(6)電解池中陽極發生氧化反應，粗鎳中S2-還原性最強，優先被氧化生S單質，所以主要反應為NiS-2e-=Ni2++S；Ni的活潑性比氫強，所以當pH<2時，c(H+)大，易在陽極放電生成氫氣，當pH>5時，c(OH-)大，Ni2+易生成Ni(OH)2沉淀，所以精煉過程需控制pH為2~5。