Question

【題目】蛇紋石（含MgO、NiO、SiO2、Fe2O3、FeO等）因其外表青綠相問像蛇紋一樣而得名。一種以蛇紋石為原料制取鐵紅和堿式碳酸鎳[Ni3（OH）4CO34H2O]的流程如圖：

已知：Ⅰ．該實驗溫度下，不同pH時鐵沉淀物成分及熱分解產物：

pH	鐵沉淀物成分	熱分解產物
2.5	NH4Fe3（SO4）2（OH）6	Fe2O3，SO2，SO3，NH3，O2，H2O
3.5	α-FeOOH	Fe2O3，H2O

Ⅱ．部分金屬離子沉淀的pH：

	Mg2+	Fe2+	Ni2+
開始沉淀的pH	9.4	6.5	6.7
沉淀完全的pH	12.4	9.7	9.5

Ⅲ．“氨浸“后所得溶液中主要成分為[Ni（NH3）6]2+，且存在[Ni（NH3）6]2+ Ni2++6NH3請回答：

（1）濾餅a的主要成分為___。

（2）濾餅b經洗滌、煅燒可得鐵紅。則“一次沉淀”時應控制pH=__（填“2.5或“3.5”），其原因為___。

（3）“氨浸”時生成[Ni（NH3）6]2+的離子方程式為___；此過程會同時加入 NH4HCO3，其目的為___。

（4）“沉淀”前須先”酸化”，用平衡移動原理解釋其原因為__。

（5）實驗室測得Ni3（OH）4CO34H2O（M=377）樣品在空氣中受熱時樣品失重率（失重率=固體樣品損失的總質量/起始加入樣品的質量×100%）與溫度（T）的關系如圖所示。

①200oC時所得固體的化學式為___。

②250～350oC之間反應的化學方程式為___。

（6）堿式碳酸鎳可進一步轉化制得鎳氫電池。鎳氫電池的工作原理為：Ni（OH）2+MNiOOH+MH（M表示儲氫金屬或合金）。該電池充電過程中陰極的電極反應式為___。

Answer 1

【答案】SiO2 3.5 pH=3.5時，氧化鐵產率高 Ni（OH）2+6NH3H2O=[Ni（NH3）6]2++2OH-+6H2O NH4++OH-NH3H2O，消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，HCO3-+OH-CO32-+H2O也消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，同時NH4++OH-NH3H2O，可以降低原料NH3H2O的用量 H+與NH3反應，促使[Ni（NH3）6]2+Ni2++6NH3正向移動，生成更多的Ni2+，有利于后續獲得更多產品堿式碳酸鎳 Ni3（OH）4CO3 Ni3（OH）4CO33NiO+2H2O↑+CO2↑ M+H2O+e-=MH+OH-

【解析】

根據流程：蛇紋石（含MgO、NiO、SiO2、Fe2O3、FeO等）用硫酸酸浸，SiO2不溶，過濾得到含有Mg2+、Ni2+、Fe2+、Fe3+的溶液，濾餅a的主要成分為SiO2，加入氨水調節pH=3.5，得到沉淀α-FeOOH，經洗滌、煅燒可得鐵紅，濾液中加氨水調節pH沉淀Ni2+、Fe2+，過濾得到Ni（OH）2、Fe（OH）2，用氨水氨浸沉淀溶解Ni（OH）2，Ni（OH）2+6NH3H2O=[Ni（NH3）6]2++2OH-+6H2O，同時加入NH4HCO3促進Ni（OH）2的溶解，濾餅c為Fe（OH）2，將含有[Ni（NH3）6]2+的濾液用硫酸酸化得到Ni2+，再用碳酸鈉沉淀得到Ni3（OH）4CO34H2O。

（1）SiO2不溶于硫酸，濾餅a的主要成分為SiO2；

（2）濾餅b經洗滌、煅燒可得鐵紅，由表可知，pH=3.5時，氧化鐵產率高，故調節pH=3.5沉淀Fe3+；

（3）根據分析，“氨浸”時Ni（OH）2生成[Ni（NH3）6]2+，反應為：Ni（OH）2+6NH3H2O=[Ni（NH3）6]2++2OH-+6H2O；此過程會同時加入NH4HCO3，因為存在NH4++OH-NH3H2O，消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，HCO3-+OH-CO32-+H2O也消耗OH-，有利于Ni（OH）2的溶解，同時NH4++OH-NH3H2O，可以降低原料NH3H2O的用量；

（4）已知，“氨浸“后所得溶液中主要成分為[Ni（NH3）6]2+，且存在[Ni（NH3）6]2+Ni2++6NH3，加入硫酸酸化，H+與NH3反應，促使[Ni（NH3）6]2+Ni2++6NH3正向移動，生成更多的Ni2+，有利于后續獲得更多產品堿式碳酸鎳；

（5）①Ni3（OH）4CO34H2O（M=377）中，w（H2O）=×100%=19.1%，由圖可知，200oC時，失重率=19.1%，說明樣品失去結晶水，此時的固體物質為Ni3（OH）4CO3；

②由圖可知，250℃時物體為Ni3（OH）4CO3，300℃后固體物質不再變化，為鎳的氧化物，設樣品為1mol，300℃后，則根據鎳元素守恒，最終的固體產物中含有3mol鎳元素，此時固體物質的的質量為：377g-377g×（1-40.3%）=151.731g，其中n（O）==3，故n（Ni）：n（O）=1：1，此時固體物質為NiO，故250～350oC之間反應的化學方程式為：Ni3（OH）4CO33NiO+2H2O↑+CO2↑；

（6）鎳氫電池的工作原理為：Ni（OH）2+MNiOOH+MH，充電時陰極得電子發生還原反應，則為水中氫離子放電生成氫后被M儲存，電極反應為：M+H2O+e-=MH+OH-。