Question

5．骨架型鎳催化劑因其具有多孔結構對氫氣有極強吸附性，故常用作加氫反應的催化劑．一種鎳銅硫化礦（主要成分為Ni₂S 和Cu₂S，金屬元素的化合價均為+1 價）為原料制備骨架型鎳的工藝流程如圖：

（1）鎳銅硫化礦酸浸所得的浸出渣Ⅰ的主要成分是Cu₂S，氣體Ⅱ是兩種氣體的混合物，則該步反應的化學方程式為Ni₂S+4HCl=NiCl₂+H₂S↑+H₂↑；
（2）寫出步驟①的化學方程式Ni（CO）₄$\frac{\underline{\;180℃\;}}{\;}$Ni+4CO↑；合金V 在堿浸前要粉碎，粉碎的目的是使合金在堿浸時充分反應，加快反應速率；
（3）堿浸時選擇濃NaOH 溶液，反應的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（4）堿浸后殘鋁量對骨架型鎳的催化活性有重大影響．分析如圖1，殘鋁量在4%～6%范圍內催化劑活性最高，屬于優(yōu)質產品；
（5）圖2 為雙膜三室電解法處理含鎳廢水的原理示意圖，陽極的電極反應式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；電解過程中，需要控制溶液pH 值為4 左右，原因是pH過高，鎳離子形成氫氧化物沉淀，pH過低，有氫氣析出，降低Ni的回收率；

（ 6 ） 使用新制骨架型鎳進行烯烴加氫反應，有時不加入氫氣也可以完成反應，原因是骨架型鎳的多孔結構吸收了堿浸時產生的氫氣．

Answer 1

分析 鎳銅硫化礦（主要成分為Ni₂S 和Cu₂S）用鹽酸浸取，浸出渣Ⅰ的主要成分是Cu₂S，Ni₂S 與鹽酸反應生成NiCl₂和H₂S和氫氣，反應為：Ni₂S+4HCl=NiCl₂+H₂S↑+H₂↑，將NiCl₂溶液結晶與水煤氣煅燒，發(fā)生氧化還原反應得到Ni粗品，再通入CO氣體，形成Ni（CO）₄，Ni（CO）₄180℃受熱分解加熱得到鎳和CO，加入鋁，高溫熔融時通入惰性氣體保護Ni、Al，得到合金，將合金“高溫熔融”后冷卻、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，浸出液中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣，得到產品鎳鋁合金，據此分析解答．

解答 解：（1）鎳銅硫化礦酸浸所得的浸出渣Ⅰ的主要成分是Cu₂S，氣體Ⅱ是兩種氣體的混合物，則，Ni₂S 與鹽酸反應生成NiCl₂和H₂S和氫氣（氣體II），故反應為：Ni₂S+4HCl=NiCl₂+H₂S↑+H₂↑；
故答案為：Ni₂S+4HCl=NiCl₂+H₂S↑+H₂↑；
（2）根據分析步驟①為Ni（CO）₄180℃受熱分解加熱得到鎳和CO，反應為：Ni（CO）₄$\frac{\underline{\;180℃\;}}{\;}$Ni+4CO↑；為使合金在堿浸時充分反應，加快反應速率，合金V 在堿浸前要粉碎；
故答案為：Ni（CO）₄$\frac{\underline{\;180℃\;}}{\;}$Ni+4CO↑；使合金在堿浸時充分反應，加快反應速率；
（3）合金為Ni、Al合金，堿浸時選擇濃NaOH 溶液，Al溶于氫氧化鈉，離子反應為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（4）圖1，殘鋁量在4%～6%范圍內催化劑活性最高，屬于優(yōu)質產品；
故答案為：4%～6%；
（5）陽極為氫氧根離子發(fā)生氧化反應生成氧氣，反應式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；pH過高，鎳離子形成氫氧化物沉淀，pH過低，氫離子放電較多，有氫氣析出，也不利于Ni的回收，故電解過程中，需要控制溶液pH 值為4 左右；
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；pH過高，鎳離子形成氫氧化物沉淀，pH過低，有氫氣析出，降低Ni的回收率；
（6）根據題意：骨架型鎳催化劑因其具有多孔結構對氫氣有極強吸附性，則骨架型鎳的多孔結構吸收了堿浸時產生的氫氣，則使用新制骨架型鎳進行烯烴加氫反應，有時不加入氫氣也可以完成反應；
故答案為：骨架型鎳的多孔結構吸收了堿浸時產生的氫氣．

點評 本題考查了物質的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應、對條件的控制選擇與理解、電解原理等，理解工藝流程原理是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．