Question

某科研小组用镍触媒废料（主要成分为Ni-Al合金，混有少量Fe、Cu、Zn及有机物） 制备NiO并回收金属资源的流程如下所示：

已知：相关数据如表1和表2所示

表1部分难溶电解质的溶度积常数（25℃）                 

物质	Ksp	物质	Ksp
Fe(OH)3	4.0×10^-38	CuS	6.3×10^-34
Fe(OH)2	1.8×10^-16	ZnS	1.6×10^-24
Al(OH)3	1.0×10^-33	NiS	3.2×10^-18
Ni(OH)2	2.0×10^-15

表2 原料价格表

物质	价格/（元•吨^-1）
漂液（含25.2%NaClO）	450
双氧水（含30%H2O2）	2400
烧碱（含98%NaOH）	2100
纯碱（含99.5%Na2CO3）	600

请回答下列问题：

（1）“焙烧”的目的是________________________________。

（2）“试剂a”的名称为__________________；选择该试剂的理由是______。

（3）“氧化”时反应的离子方程式为__________________________________________。

（4）欲使溶液中Fe³⁺和A1³⁺的浓度均小于等于1.0×10^-6 mol •L^-1，需“调节pH”至少为_______________。

（5）“试剂b”应选择__________，“加水煮沸”时，反应的化学方程式为_______________________________。

（6）氢镍电池是一种应用广泛的二次电池，放电时，该电池的总反应为NiOOH+MH=Ni(OH)₂+M，当导线中流过2 mol电子时，理论上负极质量减少__________g。充电时的阳极反应式为_______________________________________________。

Answer

除去废料中的有机物；使部分金属单质转化为氧化物 漂液 节约成本，不影响后续操作 2Fe2++ClO-+2H+=2 Fe3++Cl-+H2O 5 Na2CO3 NiCO3+H2ONi(OH)2+CO2↑ 2 Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH +H2O

【解析】

铁触媒废料焙烧，可以将部分金属单质转化为金属氧化物以及使有机物燃烧而除去，焙烧后固体和硫酸反应生成硫酸盐；再将Fe2+氧化成Fe3+，氧化剂选择漂液（因为漂液价格低廉，且不影响后续实验）。然后调节pH使Fe3+、Al3+一起转化为氢氧化物沉淀而除去。滤液1中还有Zn2+、Cu2+以及Ni2+，加入NiS，可以除去Zn2+、Cu2+。滤液2中有镍离子，同样的道理，在沉淀Ni2+的时候，选择碳酸钠，它的价格也是比较低，加入碳酸钠后得到碳酸镍；碳酸镍加水煮沸会转化成Ni（OH）2，最后Ni（OH）2灼烧分解，就可以得到氧化镍。

（1）焙烧可以使部分金属单质变成金属氧化物，并且能够使有机物燃烧并除去。所以“焙烧”的目的为：除去废料中的有机物；使部分金属单质转化为氧化物；

（2）应选择氧化剂使亚铁离子氧化成铁离子，氧化剂包括了漂液和双氧水，但是双氧水的价格更贵，所以选择漂液；选择漂液的理由就是漂液成本更低，而且生成NaCl也不影响后续操作。

（3）漂液中含有NaClO，将Fe2+氧化成Fe3+，ClO-被还原成Cl-，反应的离子方程式为；

（4）Fe（OH）3和Al（OH）3类型相同，Fe(OH)3 的Ksp比Al(OH)3小，为了使它们完全沉淀，用Al(OH)3的Ksp进行计算， 则pH至少为5；

（5）需要选择沉淀Ni2+的沉淀剂，NaOH的价格更贵，所以选择Na2CO3，根据题意，加入Na2CO3时，生成的滤渣2为NiCO3，NiCO3加水煮沸转化成Ni（OH）2，加水煮沸的方程式为NiCO3+H2ONi（OH）2+CO2↑。

（6）镍氢电池放电时负极的是MH，在反应中MH变成了M，失去质量为H的质量，负极反应式为MH-e-+OH-=M+H2O，转移2mol，负极质量减少2g；充电时阳极发生氧化反应，化合价升高，Ni(OH)2变成NiOOH，电极反应式为：Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH +H2O。