Question

3．某工廠從廢含鎳有機催化劑中回收鎳的工藝流程如圖所示（已知廢催化劑中舍有Ni70.0%及一定量的Al、Fe、SiO₂和有機物，鎳及其化臺物的化學性質(zhì)與鐵的類似，但Ni^2-的性質(zhì)較穩(wěn)定）．

已知：部分陽離子以氫氧化物的形式完全沉淀時的pH如下表所示，回答下列間題

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
pH	5.2	3.2	9.7	9.2

（1）濾渣a的成分是SiO₂，用乙醇洗滌廢催化劑的目的是溶解、除去有機物，從廢渣中回收乙醇的方法是蒸餾．
（2）為提高酸浸速率，可采取的措施有（答兩條）將廢催化劑粉碎或適當?shù)靥岣吡蛩岬臐舛�、浸泡時的溫度．
（3）向A中加人 H₂O₂時反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O．試劑x可以是NaOH．
（4）用方程式表示出由沉淀．制取單質(zhì)鎳的方法Ni（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiO+H₂O、2Al+2NiO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+3Ni．
回收mkg上述廢催化劑的過程中，若將溶液pH調(diào)整為6時消耗了a kgNi（OH）₂，從洗滌到得到濾液B的過程中鎳的損失率為3%，后幾步操作過程中鎳的損失率為5%，則最終得到單質(zhì)鎳的質(zhì)量為（70%×97%m+$\frac{59}{93}$a）×95%kg（填計算式）．
（5）利用化學鍍（待鍍件直接置于含有鍍層金屬的化合物的溶液中）可以在金屬、塑料、陶瓷等物品表面鍍上一層金屬鎳或鉻等金屬，某化學鍍鎳的溶液中含有Ni²⁺和H₂PO₂^-，在酸性條件下發(fā)生的反應(yīng)之一如下，請配平該反應(yīng)．2Ni²⁺+1H₂PO₂^-+H₂O=2Ni⁺+1H₂PO₃^-+2H⁺
與電鍍相比，化學鍍的最大優(yōu)點是：不消耗電能，節(jié)約能源．

Answer 1

分析 用乙醇洗滌溶解并除去有機物雜質(zhì)，“酸浸”時主要是溶解鎳金屬和鐵、Al單質(zhì)，只有SiO₂不與硫酸反應(yīng)，過濾得到濾渣a是SiO₂；濾液A加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，B溶液調(diào)節(jié)pH=6，使溶液中Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，通過過濾而除去，由表中數(shù)據(jù)，加入試劑X的目的是將鎳轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，故X是堿類物質(zhì)；Ni（OH）₂轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鎳的方法是先將其加熱使其轉(zhuǎn)化為NiO，然后用還原劑進行還原，如通過鋁熱反應(yīng)．
（1）利用蒸餾的方法可將乙醇與其它有機物分離開；
（2）將廢催化劑粉碎或適當?shù)靥岣吡蛩岬臐舛取⒔�泡時的溫度均可提高酸浸速率；
（3）加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺．由表中數(shù)據(jù)及流程圖知，加入試劑X的目的是將鎳轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，故X是堿類物質(zhì)；
（4）Ni（OH）₂轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鎳的方法是先將其加熱使其轉(zhuǎn)化為NiO，然后用還原劑進行還原，可以通過鋁熱反應(yīng)進行；
計算m kg廢催化劑中含鎳的質(zhì)量，計算濾液B中的鎳元素質(zhì)量，根據(jù)化學式計算Ni（OH）₂中含鎳的質(zhì)量，將每一步的損失率都轉(zhuǎn)化為Ni的損失率，根據(jù)Ni元素守恒計算最終得到的單質(zhì)鎳；
（5）首先依得失電子守恒配平氧化劑與還原劑、氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的計量數(shù)得：2Ni²⁺+H₂PO₂^-→2Ni⁺+H₂PO₃^-+，再依電荷守恒、質(zhì)量守恒知還有水參與反應(yīng)并有H⁺生成；
從能源消耗方面分析化學鍍的優(yōu)點．

解答 解：用乙醇洗滌溶解并除去有機物雜質(zhì)，“酸浸”時主要是溶解鎳金屬和鐵、Al單質(zhì)，只有SiO₂不與硫酸反應(yīng)，過濾得到濾渣a是SiO₂．濾液A加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，B溶液調(diào)節(jié)pH=6，使溶液中Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，通過過濾而除去，由表中數(shù)據(jù)，加入試劑X的目的是將鎳轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，故X是堿類物質(zhì)．Ni（OH）₂轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鎳的方法是先將其加熱使其轉(zhuǎn)化為NiO，然后用還原劑進行還原，如通過鋁熱反應(yīng)．
（1）用乙醇洗滌的目的是溶解并除去有機物雜質(zhì)，利用蒸餾的方法可將乙醇與其它有機物分離開；因只有SiO₂不與硫酸反應(yīng)，故濾渣a是SiO₂，
故答案為：SiO₂；溶解、除去有機物；蒸餾；
（2）將廢催化劑粉碎或適當?shù)靥岣吡蛩岬臐舛�、浸泡時的溫度均可提高酸浸速率，
故答案為：將廢催化劑粉碎或適當?shù)靥岣吡蛩岬臐舛取⒔�泡時的溫度；
（3）加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應(yīng)離子方程式為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，由表中數(shù)據(jù)及流程圖知，加入試劑X的目的是將鎳轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，故X是堿類物質(zhì)，X可以為NaOH，
故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；NaOH；
（4）Ni（OH）₂轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鎳的方法是先將其加熱使其轉(zhuǎn)化為NiO，然后用還原劑進行還原，可以通過鋁熱反應(yīng)進行，反應(yīng)方程式為：Ni（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NiO+H₂O、2Al+2NiO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+3Ni；
m kg廢催化劑中含鎳的質(zhì)量為70% m kg，在經(jīng)過洗滌及酸浸轉(zhuǎn)化到濾液B中的鎳元素為70%×97% m kg，a kg Ni（OH）₂中含鎳為$\frac{59}{93}$a kg，根據(jù)Ni元素守恒，故最終得到的單質(zhì)鎳為（70%×97%m+$\frac{59}{93}$a）kg×95%，
故答案為：（70%×97%m+$\frac{59}{93}$a）×95%；
（5）首先依得失電子守恒配平氧化劑與還原劑、氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的計量數(shù)得：2Ni²⁺+H₂PO₂^-→2Ni⁺+H₂PO₃^-+，再依電荷守恒、質(zhì)量守恒知還有水參與反應(yīng)并有H⁺生成，配平后的離子方程式為：2Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=2Ni⁺+1H₂PO₃^-+2H⁺；
與電鍍相比，化學鍍的最大優(yōu)點是：不消耗電能，節(jié)約能源，
故答案為：2、1、H₂O→2、1、2H⁺；不消耗電能，節(jié)約能源．

點評 本題以工藝流程為載體，考查了物質(zhì)分離提純、化學反應(yīng)速率影響因素、沉淀轉(zhuǎn)化、化學計算、氧化還原反應(yīng)配平等，是高考�？碱}型，綜合性較強，涉及知識面較廣，側(cè)重考查學生對知識的遷移應(yīng)用，關(guān)鍵是對工藝流程理解分析，難度中等．