Question

6．蘭尼鎳是一種帶有多孔結(jié)構(gòu)的細小晶粒組成的鎳鋁合金，被廣泛用作有機物的氫化反應的催化劑．以紅土鎳礦（主要成分為NiS、FeS和SiO₂等）為原料制備蘭尼鎳的工藝流程如圖所示：

（1）在形成Ni（CO）₄的過程中，碳元素的化合價沒有變化，則Ni（CO）₄中的Ni的化合價為0；
（2）已知紅土鎳礦煅燒后生成Ni₂O₃，而加壓酸浸后浸出液A中含有Ni²⁺，寫出有關鎳元素的加壓酸浸的化學反應方程式2Ni₂O₃+4H₂SO₄=4NiSO₄+O₂↑+4H₂O；
（3）向浸出液A中通入H₂S氣體，還原過程中發(fā)生反應的離子方程式是H₂S+2Fe³⁺=2Fe²⁺+2H⁺+S↓；
（4）“高溫熔融”時能否將通入氬氣換為CO并說明原因不能，因為冷卻時，CO能與Ni反應生成Ni（CO）₄；
（5）“堿浸”的目的是使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，從而增強對氫氣的強吸附性，此過程中發(fā)生反應的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑．浸出反應所用的NaOH溶液的濃度要大，若NaOH溶液較稀時，則會產(chǎn)生少量的Al（OH）₃沉淀而阻止浸出反應的持續(xù)進行，請用化學反應原理加以解釋：因為Al溶于堿液生成AlO₂^-時在水中存在下列平衡：AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，OH^-濃度過小，對AlO₂^-的水解的抑制作用小，所以，產(chǎn)生的Al（OH）₃就會沉積下來進而阻止浸出反應持續(xù)進行；
（6）浸出液B可以回收，重新生成鋁以便循環(huán)利用．請設計簡單的回收流程：浸出液B→Al（OH）₃$\stackrel{灼燒}{→}$Al₂O₃$→_{電解}^{冰晶石、熔融}$Al．（示例：CuOCu²⁺Cu）

Answer 1

分析 紅土鎳礦（主要成分為NiS、FeS和SiO₂等）煅燒發(fā)生氧化還原反應得到Ni₂O₃、Fe₂O₃（SiO₂不反應），加入硫酸加壓酸浸，Ni₂O₃、Fe₂O₃溶解，發(fā)生的反應有2Ni₂O₃+4H₂SO₄=4NiSO₄+O₂↑+4H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，SiO₂不與硫酸反應，過濾得到浸出渣A（SiO₂），浸出液A中含Ni²⁺、Fe³⁺，向浸出液A中通入H₂S氣體，發(fā)生還原反應的離子方程式是：H₂S+2Fe³⁺=2Fe²⁺+2H⁺+S，另外生成沉淀NiS，過濾得到鎳硫化合物NiS，再通入CO氣體，形成Ni（CO）₄，加熱得到鎳，高溫熔融時通入氬氣，加入鋁，得到合金，將合金冷卻、粉碎，再用濃氫氧化鈉溶液堿浸，鋁與氫氧化鈉反應產(chǎn)生氫氣使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)，浸出液B中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣B，得到產(chǎn)品蘭尼鎳，據(jù)此分析解答．
（1）碳元素的化合價沒有變化，反應前后都是+2價，氧為-2價，根據(jù)化合價代數(shù)和為零解答；
（2）鎳的化合價降低發(fā)生還原反應，只有氧的化合價能升高，所以產(chǎn)物有氧氣，據(jù)此寫出反應方程式；
（3）浸出液A中含Ni²⁺、Fe³⁺，向浸出液A中通入H₂S氣體，三價鐵具有較強氧化性，與硫化氫發(fā)生還原反應；
（4）把氬氣換為CO，CO能與Ni反應生成Ni（CO）₄；
（5）鋁與氫氧化鈉反應產(chǎn)生氫氣使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)；Al溶于堿液生成AlO₂^-時在水中存在化學平衡；
（6）浸出液B中含偏鋁酸根，可通入過量二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，再加熱灼燒使其分解得到氧化鋁，加入冰晶石，在熔融態(tài)下電解氧化鋁得到鋁．

解答 解：紅土鎳礦（主要成分為NiS、FeS和SiO₂等）煅燒發(fā)生氧化還原反應得到Ni₂O₃、Fe₂O₃（SiO₂不反應），加入硫酸加壓酸浸，Ni₂O₃、Fe₂O₃溶解，發(fā)生的反應有2Ni₂O₃+4H₂SO₄=4NiSO₄+O₂↑+4H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，SiO₂不與硫酸反應，過濾得到浸出渣A（SiO₂），浸出液A中含Ni²⁺、Fe³⁺，向浸出液A中通入H₂S氣體，發(fā)生還原反應的離子方程式是：H₂S+2Fe³⁺=2Fe²⁺+2H⁺+S，另外生成沉淀NiS，過濾得到鎳硫化合物NiS，再通入CO氣體，形成Ni（CO）₄，加熱得到鎳，高溫熔融時通入氬氣，加入鋁，得到合金，將合金冷卻、粉碎，再用濃氫氧化鈉溶液堿浸，鋁與氫氧化鈉反應產(chǎn)生氫氣使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)，浸出液B中含偏鋁酸根，最后用蒸餾水洗浸出渣B，得到產(chǎn)品蘭尼鎳．
（1）通入CO氣體，形成Ni（CO）₄，在形成Ni（CO）₄的過程中，碳元素的化合價沒有變化，反應前后都是+2價，氧為-2價，根據(jù)化合價代數(shù)和為零可知Ni的化合價為0，
故答案為：0；
（2）已知紅土鎳礦煅燒后生成Ni₂O₃，加壓酸浸后浸出液A中含有Ni²⁺，鎳的化合價降低發(fā)生還原反應，只有氧的化合價能升高，所以產(chǎn)物有氧氣，則發(fā)生的反應是2Ni₂O₃+4H₂SO₄=4NiSO₄+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2Ni₂O₃+4H₂SO₄=4NiSO₄+O₂↑+4H₂O；
（3）浸出液A中含Ni²⁺、Fe³⁺，向浸出液A中通入H₂S氣體，三價鐵具有較強氧化性，與硫化氫發(fā)生還原反應，離子方程式是：H₂S+2Fe³⁺=2Fe²⁺+2H⁺+S↓，
故答案為：H₂S+2Fe³⁺=2Fe²⁺+2H⁺+S↓；
（4）高溫熔融時通入氬氣，加入鋁，得到合金，不能把氬氣換為CO，因為冷卻時，CO能與Ni反應生成Ni（CO）₄，
故答案為：不能，因為冷卻時，CO能與Ni反應生成Ni（CO）₄；
（5）將合金冷卻、粉碎，再用濃氫氧化鈉溶液堿浸，鋁與氫氧化鈉反應產(chǎn)生氫氣使鎳鋁合金產(chǎn)生多孔的結(jié)構(gòu)，發(fā)生的反應為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；浸出反應所用的NaOH溶液的濃度要大，若NaOH溶液較稀時，則會產(chǎn)生少量的Al（OH）₃沉淀而阻止浸出反應的持續(xù)進行，因為Al溶于堿液生成AlO₂^-時在水中存在下列平衡：AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，OH^-濃度過小，對AlO₂^-的水解的抑制作用小，所以，產(chǎn)生的Al（OH）₃就會沉積下來進而阻止浸出反應持續(xù)進行，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；因為Al溶于堿液生成AlO₂^-時在水中存在下列平衡：AlO₂^-+2H₂O?Al（OH）₃+OH^-，OH^-濃度過小，對AlO₂^-的水解的抑制作用小，所以，產(chǎn)生的Al（OH）₃就會沉積下來進而阻止浸出反應持續(xù)進行；
（6）浸出液B中含偏鋁酸根，可通入過量二氧化碳得到氫氧化鋁沉淀，再加熱灼燒使其分解得到氧化鋁，加入冰晶石，在熔融態(tài)下電解氧化鋁得到鋁，回收流程可表示為：浸出液B→Al（OH）₃$\stackrel{灼燒}{→}$Al₂O₃$→_{電解}^{冰晶石、熔融}$Al，
故答案為：Al（OH）₃$\stackrel{灼燒}{→}$Al₂O₃$→_{電解}^{冰晶石、熔融}$Al．

點評 該題以紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鋁合金為載體，重點考查學生對工藝流程試題了解掌握情況，試題綜合性強，貼近高考，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力．