Question

金属镍具有较高的经济价值，工业上采用一定方法处理含镍废水使其达标排放并回收镍。某电镀废水中的镍主要以NiR₂络合物形式存在，在水溶液中存在以下平衡：NiR₂ (aq) Ni²⁺(aq) +2R^-(aq)   （R^-为有机物配体，K=1.6×10^-14）

（1）传统的“硫化物沉淀法”是向废水中加入Na₂S，使其中的NiR₂生成NiS沉淀进而回收镍。

①该反应的离子方程式为_________。

②NiS沉淀生成的同时会有少量Ni(OH)₂沉淀生成，用离子方程式解释Ni(OH)₂生成的原因是_________、_________。

（2）“硫化物沉淀法”镍的回收率不高，处理后废水中的镍含量难以达标。“铁脱络-化学沉淀法”可达到预期效果，该法将镍转化为Ni(OH)₂固体进而回收镍。工艺流程如下：

“脱络”（指镍元素由络合物NiR₂转化成游离的Ni²⁺）过程中，R^—与中间产物·OH（羟基自由基）反应生成难以与Ni²⁺络合的·R（有机物自由基），但·OH也能与H₂O₂发生反应。反应的方程式如下：

Fe²⁺ + H₂O₂ Fe³⁺ + OH^— +·OH  …………i

R^— + ·OH OH^—+ ·R  …………ii

H₂O₂ +2·OH O₂↑ + 2H₂O  …………iii

实验测得“脱络”过程中H₂O₂的加入量对溶液中镍去除率的影响如右图所示：

①从平衡移动的角度解释加入Fe²⁺和H₂O₂能够实现“脱络”的原因是_________。

②分析图中曲线，可推断过氧化氢的最佳加入量为_________ g·L^-1；低于或高于这个值，废水处理效果都下降，原因是_________。

Answer

NiR2 + S2- NiS↓+ 2R- S2- + H2O HS- + OH- NiR2 + 2OH- Ni(OH)2↓+ 2R- NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+和H2O2通过反应i和反应ii将R—转化成难以与Ni2+络合的·R， 使c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络” 0.45 低于此数值，反应i生成的·OH过少，不足以使R—充分转化成·R；高于此数值，H2O2多，但反应i生成的·OH能与H2O2发生反应iii，使H2O2转化成O2和H2O，同样不能使R—充分转化成·R。

【解析】(1)①向废水(镍主要以NiR2络合物形式存在)中加入Na2S，使其中的NiR2生成NiS沉淀，反应的离子方程式为NiR2 + S2- = NiS↓+ 2R-，故答案为：NiR2 + S2- = NiS↓+ 2R-；

②NiS沉淀生成的同时会有少量Ni(OH)2沉淀生成，是因为S2- + H2O HS- + OH-，NiR2 + 2OH- = Ni(OH)2↓+ 2R-，故答案为：S2- + H2O HS- + OH-；NiR2 + 2OH- = Ni(OH)2↓+ 2R-；

(2)①NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+和H2O2通过反应i和反应ii将R—转化成难以与Ni2+络合的·R， 使c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络”，故答案为：NiR2在溶液中存在以下平衡：NiR2 (aq) Ni2+(aq) +2R-(aq)。Fe2+和H2O2通过反应i和反应ii将R—转化成难以与Ni2+络合的·R， 使c(R-)减小，平衡正向移动，实现“脱络”；

②根据图中曲线，过氧化氢的加入量为0.45g·L-1时，溶液中镍去除率最高，低于或高于这个值，废水处理效果都下降，原因是低于此数值，反应i生成的·OH过少，不足以使R—充分转化成·R；高于此数值，H2O2多，但反应i生成的·OH能与H2O2发生反应iii，使H2O2转化成O2和H2O，同样不能使R—充分转化成·R，故答案为：0.45；低于此数值，反应i生成的·OH过少，不足以使R-充分转化成·R；高于此数值，H2O2多，但反应i生成的·OH能与H2O2发生反应iii，使H2O2转化成O2和H2O，同样不能使R-充分转化成·R。