Question

【題目】NiCl2是化工合成中最重要的鎳源。工業(yè)上利用含鎳(Ni)廢催化劑（主要含有Ni，還含有SiO2、Al2O3、Fe及其它不溶于酸、堿的雜質(zhì)）生產(chǎn)氯化鎳晶體（NiCl2·nH2O）流程如下：

部分金屬氫氧化物Ksp近似值如下表所示：

化學(xué)式	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Al(OH)3	Ni(OH)2
Ksp近似值	10-17	10-38	10-34	10-15

回答下列問題：

（1）Ni的原子序數(shù)為28，位于元素周期表第四周期，最外層電子數(shù)為2，則其原子結(jié)構(gòu)示意圖為________________。

（2）“酸浸”、“溶解”所使用的酸為_____________。“堿浸”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為SiO2+2OH-=SiO32-+H2O、___________________。

（3）“氧化”加入H2O2溶液，其作用是____________________(用離子方程式表示)。然后調(diào)節(jié)pH使溶液中鐵元素恰好完全沉淀（離子濃度≤10-5mol·L-1時(shí)，離子沉淀完全），此時(shí)常溫下的pH約為____________。

（4）“操作①”的實(shí)驗(yàn)操作依次為緩緩加熱，濃縮至_________________________為止、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，即得產(chǎn)品。

（5）為了測定NiCl2nH2O中結(jié)晶水?dāng)?shù)目進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：取23.8 g樣品在一定條件下脫水得13.0 g NiCl2，則n=__________。

（6）鎳氫電池已成為混合動(dòng)力汽車的主要電池類型，其在堿性電解質(zhì)溶液的工作原理如下：M+Ni(OH)2MH+NiOOH(式中M為儲(chǔ)氫合金)。寫出電池充電過程中陽極的電極反應(yīng)式__________________。

Answer 1

【答案】 鹽酸 Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 3 溶液表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜 6 Ni(OH)2+OH-- e-=NiOOH+H2O

【解析】

某含鎳(Ni)廢催化劑中主要含有Ni，還含有SiO2、Al2O3、Fe及其它不溶于酸、堿的雜質(zhì)，工藝流程的目的是用含鎳廢催化劑制備NiCl2nH2O晶體，分析工藝流程，將含Ni廢催化劑用NaOH溶液浸泡，SiO2和Al2O3溶于NaOH生成可溶于水的Na2SiO3和NaAlO2，進(jìn)行過濾操作，所得濾渣為Fe、Ni及其他不溶于堿的雜質(zhì)，再進(jìn)行酸浸，則Fe和Ni溶于酸形成Fe2+和Ni2+，進(jìn)行過濾操作，將不溶于酸的雜質(zhì)被過濾出，濾液中主要含有Fe2+和Ni2+，用H2O2氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+，再加入 Na2CO3溶液調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，過濾后濾液中再繼續(xù)滴加Na2CO3溶液生成Ni(OH)2沉淀，將過濾所得Ni(OH)2沉淀用鹽酸溶解，并蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾即得NiCl2nH2O晶體，據(jù)此分析。

(1)Ni的原子序數(shù)為28，位于元素周期表第四周期，即共有4個(gè)電子層，且最外層電子數(shù)為2，則其原子結(jié)構(gòu)示意圖為；

(2)本工藝流程的目的是用含鎳廢催化劑制備NiCl2nH2O晶體，則“酸浸”、“溶解”所使用的酸為稀鹽酸；“堿浸”時(shí)SiO2和Al2O3溶于NaOH生成可溶于水的Na2SiO3和NaAlO2，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為SiO2+2OH-=SiO32-+H2O、Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；

(3)因Fe3+更易形成Fe(OH)3達(dá)到去除Fe元素的目的，則加入H2O2溶液的目的是氧化Fe2+為Fe3+，發(fā)生的離子反應(yīng)為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；調(diào)節(jié)pH使溶液中鐵元素恰好完全沉淀，定性分析來看，溶液中c(Fe3+)濃度低于10-5mol/L可認(rèn)為Fe3+幾乎完全被除去，此時(shí)溶液中c(OH-)==10-11mol/L，則pH=14-pOH=14+lgc(OH-)=3；

(4)“操作①”的目的為從溶液中獲得NiCl2nH2O晶體，操作依次為緩緩加熱，濃縮至溶液表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜為止、再經(jīng)冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，即得產(chǎn)品；

(5)23.8 g樣品在一定條件下脫水得13.0 g NiCl2，生成水的質(zhì)量為23.8g-13.0g=10.8g，則n===6；

(6)鎳氫電池在堿性電解質(zhì)溶液的工作原理如下：M+Ni(OH)2MH+NiOOH，充電時(shí)陽極上Ni(OH)2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成NiOOH，則陽極的電極反應(yīng)式為Ni(OH)2+OH-- e-=NiOOH+H2O。