Question

【題目】金屬鎳具有較高的經濟價值。工業上采用一定方法處理含鎳廢水使其達標排放并回收鎳。某電鍍廢水中的鎳主要以NiRz絡合物形式存在，在水溶液中存在以下平衡: NiR2(aq) Ni2+(aq) +2R-(aq) (R-為有機物配體，K=1.6×10-14)

（1）傳統的“硫化物沉淀法”是向廢水中加入Na2S，使其中的NiR2 生成NiS 沉淀進而回收鎳。

①該反應的離子方程式為_______________。

②NiS 沉淀生成的同時會有少量Ni(OH)2沉淀生成，用離子方程式解釋Ni(OH)2生成的原因是______________。

（2）“硫化物沉淀法”鎳的回收率不高，處理后廢水中的鎳含量難以達標。“鐵脫絡-化學沉淀法”可達到預期效果，該法將鎳轉化為Ni(OH)2固體進而回收鎳。工藝流程如下：

“脫絡”(指鎳元素由絡合物NiR2轉化成游離的Ni3+) 過程中，R-與中間產物-OH (羥基自由基) 反應生成難以與Ni2+絡合的-R (有機物自由基)，但-OH也能與H2O2發生反應。反應的方程式如下：Fe2+ + H2O2 = Fe3+ +OH-+-OH i

R- +-OH =OH-+-R ii

H2O2+2-OH=O2↑+ 2H2O iii

實驗測得“脫絡”過程中H2O2的加入量對溶液中鎳去除率的影響如圖所示：

①從平衡移動的角度解釋加入Fe2+和H2O2能夠實現“脫絡”的原因是______________。

②分析圖中曲線，可推斷過氧化氫的最佳加入量為_______________ g/ L； 低于或高于這個值，廢水處理效果都下降，原因是____________。

（3） 工業上還可用電解法制取三氧化二鎳。①用NaOH溶液調節NiCl2溶液PH至7.5，加入適量硫酸鈉后采用情性電極進行電解。電解過程中產生的Cl2有80%在弱堿性條件下生成ClO-，再把二價鎳氧化為三價鎳。寫出ClO- 氧化Ni (OH) 2生成三氧化二鎳的離子方程式是______， amol二價鎳全部轉化為三價鎳時，外電路中通過電子的物質的量是_________。

②電解法制取三氧化二鎳實際過程中，有時獲得一種結晶水合物，已知1mol 該物質中含有0.5mol結晶水。取該化合物20.2g進行充分加熱，而獲得三氧化二鎳固體和0.2mol水，則該結晶水合物的化學式為______。

Answer 1

【答案】 NiR2+S2-=NiS↓+2R- S2-+H2OHS-+OH- NiR2+2OH-=Ni(OH)2↓+2R- NiR2在溶液中存在平衡:NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)，Fe2+和H2O2通過反應i和反應ⅱ將R-轉化成難以與Ni2+絡合的·R，使c(R-)減小，平衡正向移動，實現“脫絡” 0.45 低于此數值，反應i生成的-OH過少，不足以使R-充分轉化成-R；高于此數值，H2O2多，但反應i生成-OH能與H2O2發生反應ⅲ,使H2O2轉化成O2和H2O,同樣不能使R-充分轉化成-R C1O-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O 1.25amol NiOOH·H2O或2NiOOH·H2O

【解析】考查化學工藝流程，（1）①根據廢水中存在：NiR2(aq) Ni2+(aq)+2R-(aq)，加入Na2S，Ni2＋與S2－反應生成NiS，因此離子方程式為NiR2＋S2－=NiS↓＋2R－；②Na2S屬于強堿弱酸鹽，S2－發生水解，S2－＋H2OHS－＋OH－，Ni2＋與OH－反應生成Ni(OH)2，綜上所述有： S2-+H2OHS-+OH- NiR2+2OH-=Ni(OH)2↓+2R- ；（2）脫絡是指鎳元素由絡合物NiR2轉化成游離的Ni3＋，R－與中間產物-OH (羥基自由基) 反應生成難以與Ni2＋絡合的-R (有機物自由基)，NiR2溶液中存在NiR2(aq) Ni2+(aq)+2R-(aq)，加入Fe2＋和H2O2，依據反應i和反應ii，將R－轉化成難以與Ni2＋絡合的－R，使c(R-)減小，平衡正向移動，實現“脫絡”；②根據鎳去除率的圖像，當過氧化氫的投加量為0.45g·L－1時，去除率達到最大，即過氧化氫的最佳加入量為0.45g·L－1；低于此值時，反應i種產生的－OH的量少，不足以使R－轉化成－R，高于此值時，H2O2多，H2O2與－OH會發生反應iii，不能使R－充分轉化成－R；（3）①ClO－把Ni(OH)2氧化成Ni2O3，本身被還原成Cl－，因此離子方程式為ClO－＋Ni(OH)2→Ni2O3＋Cl－，根據化合價的升降法進行配平，即離子方程式為ClO－+2Ni(OH)2=Cl－ +Ni2O3+2H2O；根據離子方程式，消耗amolNi(OH)2的同時消耗a/2mol的ClO－，Cl2有80%在弱堿性轉化成ClO－，即Cl2＋2OH－=ClO－＋Cl－＋H2O，電解過程中產生氯氣的量為0.5a/80%mol，電解過程種2Cl－－2e－=Cl2，因此外電路轉移電子物質的量為0.5a×2/80%mol=1.25a；②產生H2O的質量為0.2×18g=3.6g，根據質量守恒，Ni2O3的質量為(20.2－3.6)g=16.6g，即Ni2O3的物質的量為0.1mol，n(Ni2O3):n(H2O)=0.1:0.2=1:2，根據原子守恒和元素守恒，得出化學式為NiOOH·H2O或2NiOOH·H2O。