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镍及其化合物
【核心知识梳理】
1．镍的原子结构——28Ni
电子排布式 1s22s22p63s23p63d84s2
简化电子排布式 [Ar]3d84s2
电子排布图
价层电子排布式 3d84s2
周期表中的位置 第四周期第ⅦI族
常见化合价 ＋2、＋3
2．镍(Ni)
(1)物理性质：银白色、硬而有延展性并具有铁磁性 ( https: / / baike. / item / %E9%93%81%E7%A3%81%E6%80%A7" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank )的金属元素 ( https: / / baike. / item / %E9%87%91%E5%B1%9E%E5%85%83%E7%B4%A0" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank )，它能够高度磨光和抗腐蚀，密度、熔点都较高
(2)应用：主要用于合金(如镍钢 ( https: / / baike. / item / %E9%95%8D%E9%92%A2 / 6877813" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank )和镍银 ( https: / / baike. / item / %E9%95%8D%E9%93%B6" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank ))及用作催化剂 ( https: / / baike. / item / %E5%82%AC%E5%8C%96%E5%89%82 / 1132343" \t "https: / / baike. / item / %E9%95%8D / _blank )
(3)化学性质——中等活泼金属
①与非金属反应
a．镍不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化，所以在空气中比较稳定
b．常温下与氧、硫等非金属单质无显著作用，但在高温时有剧烈反应
2Ni＋O22NiO(耀眼白光) Ni＋Cl2NiCl2 Ni＋SNiS
②与酸的反应：与稀H2SO4和稀盐酸反应较缓慢
Ni＋H2SO4===NiSO4＋H2↑
③与氧化性酸反应：在冷的浓HNO3中“钝化”，与热的浓HNO3、稀HNO3都有反应
3．镍的氧化物
(1)NiO——氧化镍
①物理性质：暗绿色，不溶于水
②化学性质：能溶于酸和氨水，具有还原性
NiO＋H2SO4===NiSO4＋H2O 2NiO＋O2===2Ni2O3
(2)Ni2O3——氧化高镍
①物理性质：黑色，不溶于水
②化学性质：具有强氧化性
Ni2O3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋3H2O 2Ni2O3＋4H2SO4===4NiSO4＋O2↑＋4H2O
4．镍的氢氧化物
(1)Ni(OH)2——氢氧化镍
①物理性质：绿色，不溶于水
②化学性质
a．能与酸反应：Ni(OH)2＋H2SO4===NiSO4＋2H2O
b．弱还原性：Ni(OH)2在空气中不易被氧化，只有在更强的氧化剂(Cl2、NaClO)下才会氧化生成Ni(OH)3
2Ni(OH)2＋Cl2＋2OH－===2Ni(OH)3＋2Cl－
2Ni(OH)2＋NaClO＋H2O===2Ni(OH)3＋NaCl
c．Ni(OH)2[Ni(NH3)6]2＋
(2)Ni(OH)3——氢氧化高镍
①物理性质：黑色，不溶于水
②化学性质：具有强氧化性
a．与HCl酸反应： 2Ni(OH)3＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋6H2O
2Ni(OH)3＋6H＋＋2Cl－===2Ni2＋＋Cl2↑＋6H2O
2NiOOH＋6HCl===2NiCl2＋Cl2↑＋4H2O
b．在酸性溶液中与Na2SO3溶液反应：2Ni(OH)3＋SO＋4H＋===2Ni2＋＋SO＋5H2O
c．在H2SO3溶液中： 2Ni(OH)3＋H2SO3＋2H＋===2Ni2＋＋SO＋5H2O
2NiOOH＋H2SO3＋2H＋===2Ni2＋＋SO＋3H2O
【巩固练习】
1．以红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)为原料，获取净水剂黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]和NiCl2·6H2O的部分工艺流程如下，下列有关说法不正确的是(　　)
A．“酸浸”时加快搅拌速率，有利于提高铁、镍浸取率
B．“滤渣”的主要成分是SiO2
C．“氧化”后所得溶液中主要的阴离子有SO、Cl－、ClO－
D．“转化”时加入Na2CO3用于调节反应液pH有利于黄钠铁矾沉淀
2．某镍矿的主要成分为硫化镍(NiS)，含少量杂质CuS、FeS，以该镍矿制粗镍的简化流程如图，下列说法不正确的是(　　)
A．“废气”过量排放可引起酸雨
B．石英砂熔炼的目的是造渣除铁
C．电解制粗镍时，阳极发生的主要电极反应式为NiS－2e－===Ni2＋＋S
D．粗镍中的少量铜可用硝酸除去
3．以红土镍镉矿(NiS、CdO，含SiO2、CuO、PbO、Fe2O3等杂质)为原料回收部分金属单质，其工艺流程如图所示，下列说法错误的是(　　)
已知：电极电位是表示某种离子或原子获得电子而被还原的趋势。在25 ℃下，部分电对的电极电位如表：
电对 Cu2＋/Cu Pb2＋/Pb Cd2＋/Cd Fe2＋/Fe Ni2＋/Ni
电极电位/V ＋0.337 －0.126 －0.402 －0.442 －0.257
A．“浆化”的目的是增大接触面积，加快酸浸反应速率，提高某些金属元素浸取率
B．“物质A”可以是NiCO3，“调pH”后，所得滤渣Ⅱ为Fe(OH)3
C．“金属A”是Pb和Cu混合物，“金属B”是Cd
D．该工艺流程中可以循环利用的物质有CO、H2SO4、Ni等
4．某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍以制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)，下列说法正确的是(　　)
A．“碱浸”时不使用氨水主要是因为氨水不稳定
B．“滤液②”中含有的金属离子是Ni2＋、Fe2＋
C．“转化”中替代H2O2溶液的物质可以是NaClO
D．分离出硫酸镍晶体后的母液需要收集、循环使用
5．NiSO4·6H2O易溶于水，其溶解度随温度升高明显增大。以电镀废渣(主要成分是NiO，还有CuO、FeO等少量杂质)为原料制备该晶体的流程如下，下列说法错误的是(　　)
A．溶解废渣时不能用稀盐酸代替稀H2SO4 B．除去Cu2＋可采用FeS
C．流程中a～b的目的是富集NiSO4 D．“操作Ⅰ”为蒸发浓缩、冷却结晶
6．以红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)为原料，获取净水剂黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]和纳米镍粉的部分工艺流程如图：
已知：Fe3＋在pH约为3.7时可完全转化为Fe(OH)3，Fe2＋在pH约为9时可完全转化为Fe(OH)2。
下列说法错误的是(　　)
A．“滤渣”的主要成分是SiO2
B．为提高镍、铁元素的利用率，可将“过滤Ⅰ”的滤液和滤渣洗涤液合并
C．“氧化”过程发生的离子方程式为2H＋＋2Fe2＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O
D．“沉铁”过程中加入碳酸钠的作用是调节溶液的酸碱度，应将pH控制在3.7～9
7．以含镍废料(主要成分为NiO，含少量FeO、Fe2O3、CoO、BaO和SiO2)为原料制备NixOy和碳酸亚钴(CoCO3)的工艺流程如图，下列说法不正确的是(　　)
A．“滤渣Ⅰ”的主要成分是SiO2、BaSO4
B．“氧化”时的离子反应为6Fe2＋＋6H＋＋ClO===6Fe3＋＋Cl－＋3H2O
C．“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3必须过量
D．“沉钴”过程发生的反应为Co2＋＋2HCO===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O
8．(2023·广东卷)Ni、Co均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中，利用氨浸工艺可提取Ni、Co，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：
已知：氨性溶液由NH3·H2O、(NH4)2SO3和(NH4)2CO3配制。常温下，Ni2+、Co2+、Co3+与NH3形成可溶于水的配离子：lgKb(NH3·H2O)＝－4.7；Co(OH)2易被空气氧化为Co(OH)3；部分氢氧化物的Ksp如下表。
氢氧化物 Co(OH)2 Co(OH)3 Ni(OH)2 Al(OH)3 Mg(OH)2
Ksp 5.9×10－15 1.6×10－44 5.5×10－16 1.3×10－33 5.6×10－12
回答下列问题：
(1)活性可与水反应，化学方程式为__________
(2)常温下，pH＝9.9的氨性溶液中，c(NH3·H2O)_____c(NH4+) (填“>”“<”或“=”)
(3)“氨浸”时，由Co (OH)3转化为[Co (NH3)6]2+的离子方程式为______________________________
(4) (NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰
①NH4Al(OH)2CO3属于__________(填“晶体”或“非晶体”)
②(NH4)2CO3提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是__________________________________________________
(5)①“析晶”过程中通入的酸性气体A为__________
②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距，x、y为整数，则Co在晶胞中的位置为__________；晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为_______
(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值，理论上最高为______________
②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，在于可重复利用HNO3和______(填化学式)
9．(2020 全国卷Ⅲ)某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)：
溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
金属离子 Ni2＋ Al3＋ Fe3＋ Fe2＋
开始沉淀时(c＝0.01 mol·L－1)的pH 7.2 3.7 2.2 7.5
沉淀完全时(c＝1.0×10－5 mol·L－1)的pH 8.7 4.7 3.2 9.0
回答下列问题：
(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是__________________________________________，为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式_____________________
(2)“滤液②”中含有的金属离子是________________
(3)“转化”中可替代H2O2的物质是__________________________________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即，“滤液③”中可能含有的杂质离子为_____________________
(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)2的Ksp＝__________________________ (列出计算式)
如果“转化”后的溶液中Ni2＋浓度为1.0 mol·L－1，则“调pH”应控制的pH范围是________
(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式________________________________________________
(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是___________________________
10．NiSO4·6H2O是一种绿色易溶于水的晶体，可由电镀废渣(除镍外，还含有铜、锌、铁等元素)为原料获得。操作步骤如下：
(1)向滤液Ⅰ中加入FeS是为了生成难溶于酸的硫化物沉淀而除去Cu2+、Zn2+等杂质，则除去Cu2+的离子方程式为　　　　　　
(2)根据对滤液Ⅱ的操作作答：
①往滤液Ⅱ中加入H2O2发生反应的离子方程式为_____________________________________________
②调滤液ⅡpH的目的是__________________
③检验Fe3+是否除尽的操作和现象是_____________________________________________
(3)滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO4，加Na2CO3过滤后得到NiCO3固体，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这两步操作的目的是______________________________________________________
(4)得到的NiSO4溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等一系列操作可得到NiSO4·6H2O晶体
①在进行蒸发浓缩操作时，加热到___________________________(描述实验现象)时，则停止加热
②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，则应该回流到流程中的_____(填“a”、“b”、“c”或“d”)位置
③如果得到产品的纯度不够，则应该进行________________(填操作名称)操作
11．硫化镍矿的主要成分是NiS，还含有MgS、FeS、一些不溶性物质等，工业上用硫化镍矿制备金属镍的工艺流程如图所示：
(1)硫化镍矿粉磨的目的是_________________________________，“酸浸”时，硫化镍与稀盐酸反应的化学方程式为_____________________________________________________
(2)“氧化、除铁”过程中加入H2O2溶液时，发生反应的离子方程式为__________________________________；加入氧化镍的目的是除去铁元素，用化学平衡移动原理解释除去铁元素的原因是___________________________
(3)已知Ksp[Ni(OH)2]＝2.0×10－15，Ksp[Mg(OH)2]＝2.0×10－11，若“除镁”后的滤液中Ni2＋的浓度不大于10－5 mol/L，则滤液中c(Mg2＋)≤__________
(4)电解硫酸镍溶液时，在______极得到镍单质，电解产物________(填化学式)可以循环使用
12．醋酸镍[(CH3COO)2Ni]是一种重要的化工原料。一种以含镍废料(含NiS、Al2O3、FeO、CaO、SiO2)为原料，制取醋酸镍的工艺流程如图：
相关离子生成氢氧化物的pH和相关物质的溶解性如下表：
金属离子 开始沉淀的pH 沉淀完全的pH 物质 20 ℃时溶解性(H2O)
Fe3＋ 1.1 3.2 CaSO4 微溶
Fe2＋ 5.8 8.8 NiF2 可溶
Al3＋ 3.0 5.0 CaF2 难溶
Ni2＋ 6.7 9.5 NiCO3 Ksp＝9.60×10－6
(1)调节pH步骤中，溶液pH的调节范围是____________
(2)滤渣1和滤渣3主要成分的化学式分别是________、_______
(3)写出氧化步骤中加入H2O2发生反应的离子方程式：_______________________
(4)酸浸过程中，1 mol NiS失去6NA个电子，同时生成两种无色有毒气体。写出该反应的化学方程式：_________________________________________________________
(5)沉镍过程中，若c(Ni2＋)＝2.0 mol·L－1，欲使100 mL该滤液中的Ni2＋沉淀完全[c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1]，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________ g。(保留小数点后1位有效数字)
(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废料进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________ ℃、________ min
13．某工厂回收电镀污泥[主要成分为Cu(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)2、Al(OH)3和砂土]中的铜和镍，工艺流程如下：
(1)下列措施可提高步骤①浸出速率的是______
a．加热　 b．增大压强　 c．延长浸出时间　 d．适当提高硫酸的浓度　 e．及时分离出产物
(2)步骤②电解过程中铜粉在______(填“阴”或“阳”)极产生，若始终没有观察到气体生成，则该电解过程的离子方程式为________________________________________________
(3)已知FePO4、AlPO4、Ni3(PO4)2的Ksp分别为1.0×10－22、1.0×10－19、4.0×10－31，步骤②所得溶液中c(Ni2+)为0.1 mo1/L。步骤③反应后溶液中c(PO)理论上应控制的范围是______________________________
(4)步骤④的萃取原理为[注：(HA)2为有机萃取剂]NiSO4(水层)＋2(HA)2(有机层)Ni(HA2)2(有机层)＋H2SO4(水层)，为促使上述平衡向正反应方向移动，可采取的具体措施是____________________________(写一条即可)
(5)步骤⑤中作为反萃取剂的最佳试剂为____________(填名称)
(6)该工艺流程中，可以循环使用的物质有__________________
14．用某含镍电镀废渣(含Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)制取NiCO3的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)加入适量Na2S时除获得沉淀外，还生成一种有臭鸡蛋气味的气体，产生该气体的离子方程式为
(2) “氧化”时需保持滤液在40 ℃左右，用6%的H2O2溶液氧化。控制温度不超过40 ℃的原因是 ，Fe2+被氧化的离子方程式为 ，Fe2+也可以用NaClO3氧化，生成的Fe3+在较小pH条件下水解，最终形成黄钠铁矾[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀而被除去，如图是pH—温度关系图，图中阴影部分为黄钠铁矾稳定存在的区域，下列说法正确的是
a．FeOOH中铁为+2价
b．pH过低或过高均不利于生成黄钠铁矾，其原因不同
c．氯酸钠在氧化Fe2+时，1 mol NaClO3失去的电子数为5NA
d．工业生产中温度常保持在85～95 ℃，加入Na2SO4后生成黄钠铁矾，此时溶液的pH约为1.2～1.8
(3)加入Na2CO3溶液时，确认Ni2+已经完全沉淀的实验方法是
(4)某实验小组利用NiCO3制取镍氢电池的正极材料碱式氧化镍(NiOOH)，过程如图所示：
①已知Ksp[Ni(OH)2]＝2×10－15，欲使NiSO4溶液中残留的c(Ni2+)≤2×10－5 mol·L－1，调节pH的范围
②写出在空气中加热Ni(OH)2制取NiOOH的化学方程式
15．一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸溶”时，溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Ni2＋等生成，废渣的主要成分是____________；金属镍溶解的离子方程式为_______________________________________
(2)“除铁”时H2O2的作用是______________________，加入碳酸钠的目的是_______________________________
(3)“除铜”时，反应的离子方程式为______________________________________，若用Na2S代替H2S除铜，优点是_____________________________
(4)已知除钙镁过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量不能过多的理由为__________________________________
________________________________________________________
16．碱式氧化镍(NiOOH)可用作镍氢电池的正极材料，可用废镍催化剂(主要含Ni、Al，少量Cr、FeS等)来制备，其工艺流程如下，回答下列问题：
(1)“浸泡除铝”时，发生反应的化学方程式为____________________________________________
(2)“溶解”时放出的气体为________________(填化学式)。硫酸镍溶液可用于制备合成氨的催化剂ConNi(1－n)Fe2O4。如图表示在其他条件相同时合成氨的相对初始速率随催化剂中n值变化的曲线，由图分析可知Co2＋、Ni2＋两种离子中催化效果更好的是________________
(3)“氧化”时，酸性条件下，溶液中的Fe2＋被氧化为Fe3＋，其离子方程式为________________________
(4)已知该条件下金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：
开始沉淀的pH 完全沉淀的pH
Ni2＋ 6.2 8.6
Fe2＋ 7.6 9.1
Fe3＋ 2.3 3.3
Cr3＋ 4.5 5.6
“调pH 1”时，溶液pH范围为________；过滤2所得滤渣的成分________(填化学式)
(5)写出在空气中加热Ni(OH)2制取NiOOH的化学方程式：______________________________________
17．镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料是由Ni(OH)、碳粉和氧化铁1等涂在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行回收研究，设计实验流程如下，回答下列问题：
已知：a．NiCl2易溶于水，Fe3＋不能氧化Ni2＋。
b．某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH如表所示：
M(OH)n Ksp pH
开始沉淀 沉淀完全
Al(OH)3 1.9×10－33 3.432 4.19
Fe(OH)3 3.9×10－38 2.532 2.94
Ni(OH)2 1.6×10－14 7.60 9.75
(1)根据表中数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ________和沉淀Ⅲ________(填化学式)，则pH1________pH2(填“＞”、“＝”或“＜”)，控制两种沉淀析出可利用________
A．pH试纸　　　　B．石蕊指示剂　　　　C．pH计
(2)已知溶解度：NiC2O4＞NiC2O4·H2O＞NiC2O4·2H2O，则步骤③的化学方程式是___________________________，步骤③后，过滤沉淀所需的玻璃仪器有__________________________，若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：_____________________________________________
(3)④中阳极反应产生的气体E为____________，验证该气体的试剂为___________________________
(4)试写出步骤⑥的离子方程式：____________________________________________
18．三氧化二镍(Ni2O3)是一种灰黑色无气味有光泽的块状物，易碎成细粉末，常用于制造高能电池。工业上以金属镍废料生产NiCl2，继而生产Ni2O3的工艺流程如下：
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L－1计算)
氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Ni(OH)2
开始沉淀的pH 1.1 6.5 3.5 7.1
沉淀完全的pH 3.2 9.7 4.7 9.2
(1)为了提高金属镍废料浸出的速率，在“酸浸”时可采取的措施有：①适当升高温度；②搅拌；③___________等
(2)酸浸后的酸性溶液中含有Ni2＋、Cl－，另含有少量Fe2＋、Fe3＋、Al3＋等。沉镍前需加Na2CO3控制溶液pH范围为________________
(3)从滤液A中可回收利用的主要物质是Na2CO3和________________
(4)“氧化”生成Ni2O3的离子方程式为__________________________________________
(5)工业上用镍为阳极，电解0.05～0.1 mol·L－1NiCl2溶液与一定量NH4Cl组成的混合溶液，可得到高纯度、球形的超细镍粉。当其他条件一定时，NH4Cl的浓度对阴极电流效率及镍的成粉率的影响如图所示，则NH4Cl的浓度最好控制为________________
(6)如果在“沉镍”步骤把Na2CO3改为加草酸，则可以制得草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)。草酸镍晶体在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧三小时，可以制得Ni2O3，同时获得混合气体。草酸镍晶体受热分解的化学方程式为__________________________________________________________
19．一种磁性材料的磨削废料的主要成分是铁镍合金(含镍质量分数约21%)，还含有铜、钙、镁、硅的氧化物。由该废料制备氢氧化镍，工艺流程如下：
回答下列问题：
(1)“酸溶”时，溶液中有Fe3＋、Fe2＋、Ni2＋等生成，废渣的主要成分是________；金属镍溶解的离子方程式为___________________________________
(2)“除铁”时H2O2的作用是________________________________，加入碳酸钠的目的是___________________
(3)“除铜”时，反应的离子方程式为______________________________________________，若用Na2S代替H2S除铜，优点是________________________________
(4)已知除钙镁过程在陶瓷容器中进行，NaF的实际用量不能过多的理由为___________________________
(5)已知常温下Ksp[Ni(OH)2]＝2.0×10－15，该流程在“沉镍”过程中，需调节溶液pH约为________时，Ni2＋才刚好沉淀完全(离子沉淀完全的浓度≤1.0×10－5mol/L；lg 2＝0.30)
(6)100 kg废料经上述工艺制得Ni(OH)2固体的质量为31 kg，则镍回收率为________(列式即可)
(7)镍氢电池已成为混合动力汽车的主要电池类型，其工作原理如下：HM＋NiOOHeq \o(
,\s\up7(放电) ,\s\do6(充电))M＋Ni(OH)2(式中M为储氢合金)。写出电池放电过程中正极的电极反应式________________________________________________
20．利用废镍电池的金属电极芯(主要成分为Co、Ni，还含少量Fe、Al等)生产醋酸钴晶体、硫酸镍晶体的工艺流程如下：
已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Co(OH)2 Co(OH)3 Al(OH)3 Ni(OH)2
开始沉淀 2.2 7.4 7.6 0.1 4.0 7.6
完全沉淀 3.2 8.9 9.2 1.1 5.2 9.2
(1)用硫酸浸取金属电极芯时，产生一种气体，该气体分子的电子式为____________
(2)沉淀A的主要成分是Fe(OH)3、_______________，“浸出液”调节pH的范围为________________，调节pH选用的试剂可以是______________
a．铁　 b．氨水　　 c．碳酸钠溶液　　d．稀硫酸
(3)“母液1”中加入NaClO反应的离子方程式为____________________________________________
(4)“废液1”中主要的金属阳离子有________________________
(5)向Co(OH)3中加入H2SO4、H2O2混合液，H2O2的作用是__________________________________
(6)“母液3”中应控制Na2CO3用量使终点pH为8.5为宜，此时c(Co2＋)小于__________；为防止生成Co(OH)2沉淀，可用NH4HCO3代替Na2CO3，写出反应的离子方程式：___________________________________________
(已知：Ksp[Co(OH)2]＝2×10－15)
(7)由“母液4”获取NiSO4·7H2O的操作是____________________，过滤，洗涤
21．某化工厂用含NiO的废料(杂质为Fe2O3、CaO、CuO等)制备羟基氧化镍(2NiOOH·H2O)的工艺流程如下：
已知：相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下
离子 Fe3＋ Fe2＋ Ni2＋
开始沉淀的pH 2.7 7.6 7.1
沉淀完全的pH 3.7 9.6 9.2
请回答下列问题：
(1)①滤渣1的主要成分是________
②如图是酸浸时镍的浸出率与温度的关系，则酸浸时合适的浸出温度是________℃，若酸浸时将温度控制在80 ℃左右，则滤渣1中会含有一定量的Ni(OH)2，其原因可能是________________________________
(2)操作A中生成S的反应的化学方程式为________________________________，试剂X是一种常见的绿色氧化剂，X参与的反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为________，试剂Y用于调节溶液的pH，则调控pH的范围是____________
(3)写出氧化过程中反应的离子方程式______________________________________，沉钙时，当溶液中c(F－)＝3.0×10－3 mol·L－1时，通过计算确定溶液中Ca2＋是否沉淀完全_________________________________________
[常温时，Ksp(CaF2)＝2.7×10－11]。
【镍及其化合物】答案
1．C。解析：红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)加入硫酸酸浸，酸浸后的酸性溶液中含有Ni2＋，另含有少量Fe2＋、Fe3＋等，加入NaClO将亚铁离子氧化为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液的pH，使铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中再加入碳酸钠沉淀镍离子得NiCO3，由滤液可得到净水剂黄钠铁矾NaFe3(SO4)2(OH)6，NiCO3经处理可得到NiCl2·6H2O。A项，“酸浸”时加快搅拌速率，可增加反应混合物的接触机会，有利于提高铁、镍浸取率，故A正确；B项，SiO2不溶于硫酸，“滤渣”的主要成分是SiO2，故B正确；C项， “氧化”后所得溶液中主要的阴离子有SO、Cl－，ClO－与Fe2＋反应生成Fe3＋和Cl－，故C错误；D项，“转化”时加入Na2CO3，Na2CO3水解后呈碱性，用于调节反应液pH，有利于黄钠铁矾NaFe3(SO4)2(OH)6沉淀，故D正确。
2．D。解析：由流程可知，高镍矿研磨浮选后得到NiS，含有CuS，可知石英砂熔炼的目的是造渣除铁；电解时阳极发生氧化反应，发生NiS－2e－===Ni2＋＋S；镍可与硝酸反应，不能用硝酸除杂，故选D。
3．C。解析：由电极电位表可知金属活动性顺序为Fe>Cd>Ni>Pb>Cu。镍镉矿浆化后，在空气中加入稀硫酸酸浸，硫化镍和金属氧化物溶于稀硫酸得到硫酸盐，二氧化硅不与稀硫酸反应，过滤得到含有二氧化硅、硫酸铅的滤渣Ⅰ和滤液；向滤液中加入碳酸镍或氧化镍调节溶液pH，将溶液中铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到含有氢氧化铁的滤渣Ⅱ和滤液；由金属活动性顺序可知，向滤液中只能加入镍，将溶液中铜离子转化为铜，过滤得到含有铜、镍的金属A和硫酸镍、硫酸镉的滤液；滤液经电解、过滤得到含有镉和镍的固体和稀硫酸；固体通入一氧化碳气化分离得到Ni(CO)4和镉；Ni(CO)4受热分解生成一氧化碳和镍，则该工艺流程中可以循环利用的物质为一氧化碳、硫酸和镍等。
4．D。解析：NaOH溶液的作用分别是除去油脂，溶解铝及其氧化物，因氨水与铝及其氧化物不反应，故不能用氨水代替NaOH溶液，故A错误；滤饼①含金属Ni、Fe及其氧化物，与稀硫酸反应，得到的滤液②中含有Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋等，故B错误；转化中H2O2是氧化剂，可以用氧气或空气代替，不能用NaClO替代，因为会引入杂质，故C错误；分离出硫酸镍晶体后的母液是硫酸镍的饱和溶液，需要收集、循环使用，可提高镍的回收率，故D正确。
5．A。解析：溶液中的Ni2＋，在除去Cu2＋和Fe2＋后加入Na2CO3溶液生成NiCO3沉淀，所以溶解废渣时若用稀盐酸代替稀H2SO4对制备不会有影响，故A错误；CuS比FeS更难溶，向含有Cu2＋的溶液中加入FeS发生沉淀的转化生成CuS，故B正确；NiSO4与Na2CO3反应生成NiCO3沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这样可提高NiSO4的浓度，所以流程中a～b的目的是富集NiSO4，故C正确；该晶体为结晶水合物，从溶液中得到该溶质晶体的实验操作为蒸发浓缩、冷却结晶，故D正确。
6．D。解析：选D　红土镍矿(主要含有Fe2O3、FeO、NiO、SiO2等)中加入硫酸酸浸，酸浸后的酸性溶液中含有Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋等，二氧化硅不溶，形成滤渣，滤液中加入NaClO氧化亚铁离子为铁离子，再加入碳酸钠溶液调节溶液的pH，使铁离子全部沉淀，过滤后得到沉淀黄钠铁矾，滤液经处理可得到Ni，据此分析解答。根据上述分析，二氧化硅不溶于硫酸，形成滤渣，故A正确；滤渣表面吸附有滤液中的镍、铁元素，为提高镍、铁元素的利用率，可将“过滤Ⅰ”的滤液和滤渣洗涤液合并，故B正确；“氧化”过程中NaClO氧化Fe2＋生成Fe3＋，反应的离子方程式为2H＋＋2Fe2＋＋ClO－===2Fe3＋＋Cl－＋H2O，故C正确；Fe3＋在pH约为3.7时可完全转化为Fe(OH)3，“沉铁”过程中加入碳酸钠的作用是调节溶液的酸碱度形成黄钠铁矾[NaFe3(SO4)2(OH)6]，应将pH控制在pH＜3.7，故D错误。
7．C。解析：废料中加入硫酸，NiO、FeO、Fe2O3、CoO、BaO均能与硫酸反应，生成的NiSO4、FeSO4、Fe2(SO4)3、CoSO4进入溶液，SiO2和硫酸钡为滤渣，A正确；“调pH”过程中形成黄钠铁矾渣，Na2CO3不能过量，防止Co2＋、Ni2＋形成沉淀而损失，C错误。
8．(1)MgO＋H2O===Mg(OH)2
(2)＞
(3)2Co(OH)3＋12 NH3·H2O＋SO===2[Co (NH3)6]2+＋SO＋13H2O＋4OH－
或2Co(OH)3＋8 NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2+＋SO＋13H2O
(4)晶体 减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积
(5)HCl 体心 12
(6)0.4或2:5 MgO
解析：硝酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Al3+、Mg2+)中加入活性氧化镁调节溶液pH值，过滤，得到滤液主要是硝酸镁，结晶纯化得到硝酸镁晶体，再热解得到氧化镁和硝酸。滤泥加入氨性溶液氨浸，过滤，向滤液中进行镍钴分离，经过一系列得到氯化铬和饱和氯化镍溶液，向饱和氯化镍溶液中加入氯化氢气体得到氯化镍晶体。(1)活性MgO可与水反应，化学方程式为MgO+H2O=Mg(OH)2；(2)常温下，pH=9.9的氨性溶液中，lgKb(NH3·H2O)＝－4.7，，，则c(NH3·H2O)＞c(NH4+)；(3)“氨浸”时，Co(OH)3与亚硫酸根发生氧化还原反应，再与氨水反应生成[Co (NH3)6]2+，则由Co(OH)3转化为[Co (NH3)6]2+的离子方程式为2Co(OH)3＋12 NH3·H2O＋SO===2[Co (NH3)6]2+＋SO＋13H2O＋4OH－或2Co(OH)3＋8 NH3·H2O＋4NH＋SO===2[Co(NH3)6]2+＋SO＋13H2O；(4)(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰。①X射线衍射图谱中，出现了NH4Al(OH)2CO3的明锐衍射峰，则NH4Al(OH)2CO3属于晶体；②根据题意(NH4)2CO3会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物，则(NH4)2CO3能提高了Ni、Co的浸取速率，其原因是减少胶状物质对镍钴氢氧化物的包裹，增加了滤泥与氨性溶液的接触面积；(5)①“析晶”过程中为了防止Ni2+水解，因此通入的酸性气体A为HCl；②由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图。x、y为整数，根据图中信息Co、Al都只有一个原子，而氧(白色)原子有3个，Al与O最小间距大于Co与O最小间距，则Al在顶点，因此Co在晶胞中的位置为体心；晶体中一个Al周围与其最近的O原子，以顶点Al分析，面心的氧原子一个横截面有4个，三个横截面共12个，因此晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12；(6)①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则晶体A为Mg(NO3)2·6H2O，根据Mg(NO3)2＋2H2OMg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2MgO＋H2O，还剩余5个水分子，因此所得HNO3溶液中n(HNO3)与n(H2O)的比值理论上最高为2：5；②“热解”对于从矿石提取Ni、Co工艺的意义，根据前面分析Mg(NO3)2＋2H2OMg(OH)2＋2HNO3，Mg(OH)2MgO＋H2O，在于可重复利用HNO3和MgO。
9．(1)除去油脂，溶解铝及其氧化物　[Al(OH)]＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
(2)Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋
(3)O2或空气　Fe3＋
(4)0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]　3.2～6.2
(5)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===2NiOOH↓＋ Cl－＋H2O
(6)提高镍的回收率
解析：(1)因为废镍催化剂表面沾有油脂，所以“碱浸”的目的是除去油脂，同时还可以溶解催化剂中混有的铝及氧化铝杂质。滤液①中存在的金属元素有铝元素和钠元素，铝元素以AlO的形式存在，当加酸调到中性时，发生反应的离子方程式为[Al(OH)]＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O。
(2)滤饼①加稀硫酸酸浸，产生的滤液中的金属离子有Ni2＋、Fe2＋、Fe3＋。
(3)过程中加入H2O2的目的是氧化Fe2＋，由于Fe2＋的还原性强，能与氧气反应，因此也可以用氧气或空气代替H2O2。如果过程中先“调pH”后“转化”，结合金属离子沉淀的有关pH数据可知，当调节pH小于7.2时，Fe2＋不能形成沉淀，加入H2O2后Fe2＋被氧化为Fe3＋，因此滤液③中可能混有Fe3＋。
(4)根据溶度积的表达式得Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝0.01×(107.2－14)2[或10－5×(108.7－14)2]。当溶液中c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1时，c(OH－)＝＝mol·L－1＝
10－7.8 mol·L－1，c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－6.2 mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)＝－lg 10－6.2＝6.2。所以当pH＝6.2时，Ni2＋开始产生沉淀，根据流程图可知，调pH的目的是让Fe3＋沉淀完全，所以应控制pH的范围为3.2～6.2。
(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中仍有Ni2＋，采用循环使用的意义是提高镍的回收率。
10．(1)FeS＋Cu2+===CuS＋Fe2+
(2)①2Fe2+＋H2O2＋2H+===2Fe3+＋2H2O
②除去Fe3+
③取少量滤液Ⅲ于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则Fe3+已除净
(3)增大NiSO4的浓度，利于蒸发结晶(或富集NiSO4)
(4) ①有少量晶体析出(或者溶液表面形成晶体薄膜)
②d　
③重结晶
解析：(1)FeS除去Cu2+的反应是沉淀的转化，即FeS＋Cu2+===CuS＋Fe2+。
(2)①对滤液Ⅱ中加H2O2的目的是将Fe2+氧化Fe3+，加入H2O2的离子方程式为2Fe2+＋H2O2＋2H+===2Fe3+＋2H2O。②调滤液ⅡpH的目的是除去Fe3+。③检验Fe3+是否除尽的操作和现象：用试管取少量滤液Ⅲ，滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则Fe3+已除净。
(3)NiSO4与Na2CO3反应生成NiCO3沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO4，这样可提高NiSO4的浓度，有利于蒸发结晶。
(4)①在进行蒸发浓缩操作时，当少量晶体析出时或溶液表面形成晶体薄膜时，停止加热。②为了提高产率，过滤后得到的母液要循环使用，应该回流到流程d中循环使用。③产品的纯度不够需要重新溶解、浓缩、结晶析出得到较纯净的晶体，实验操作为重结晶。
11．(1)增大反应物的接触面积，提高反应速率，使反应更加充分　NiS＋2HClNiCl2＋H2S↑
(2)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　Fe3＋在溶液中水解使溶液呈酸性，加入的氧化镍与氢离子反应，水解平衡右移使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去
(3)0.1 mol·L－1　
(4)阴　H2SO4
解析：(2)加入H2O2溶液的目的是将亚铁离子氧化为铁离子，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。除去溶液中的Fe3＋时，通常采用水解的方法让其转化为Fe(OH)3沉淀，为促进水解的进行，加入氧化镍与H＋反应，水解平衡右移。(3)若滤液中c(Ni2＋)≤1.0×10－5 mol·L－1，由氢氧化镍的溶度积可知溶液中c2(OH－)≥2.0×10－10，由氢氧化镁的溶度积可知溶液中c(Mg2＋)≤ mol·L－1＝0.1 mol·L－1。(4)电解硫酸镍溶液制备金属镍，Ni2＋在阴极放电，阳极上水放电可得到氧气和H2SO4，阳极处生成的H2SO4可以循环使用。
12．(1)5.0≤pH＜6.7　
(2)SiO2、CaSO4　CaF2　
(3)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O　
(4)NiS＋H2SO4＋2HNO3===NiSO4＋SO2↑＋2NO↑＋2H2O　
(5)31.4　
(6)70　120
解析：(1)～(3)制取醋酸镍的工艺流程可解读为将含镍废料粉碎后加入H2SO4和少量HNO3进行酸浸，过滤后得到主要含Ni2＋、Al3＋、Fe3＋(还可能含少量Fe2＋、Ca2＋)的溶液和主要含SiO2、CaSO4的滤渣，弃去滤渣，向滤液中加入H2O2将可能含有的Fe2＋氧化为Fe3＋，调节溶液pH为5.0≤pH＜6.7，使Al3＋、Fe3＋转化为氢氧化物沉淀，再通过过滤除去，向过滤所得的滤液1中加入NH4F除去滤液中的Ca2＋，过滤后向滤液2中加入Na2CO3使Ni2＋沉淀为NiCO3，过滤后向NiCO3中加入醋酸得到醋酸镍，再进一步蒸发、结晶、洗涤得到醋酸镍产品。(4)由题意知，酸浸时1 mol NiS失去6 mol电子，S2－被氧化为SO2，硝酸被还原为NO，根据得失电子守恒、原子守恒可写出反应的化学方程式。(5)Ni2＋沉淀完全时溶液中c(CO)＝＝＝0.96 mol·L－1，故需要加入Na2CO3的质量最少为[0.96 mol·L－1×0.1 L＋(2.0 mol·L－1－10－5 mol·L－1)×0.1 L]×106 g·mol－1≈31.4 g。
13．(1) ad
(2)阴　Cu2+＋2Fe2+Cu＋2Fe3+
(3)1.0×10－14～2.0×10－14 mol·L－1
(4)加入有机萃取剂
(5)硫酸
(6)硫酸和有机萃取剂
解析:电镀污泥[主要成分为Cu(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)2、Al(OH)3和砂土]加硫酸溶解、过滤，滤液中含有Cu2+、Ni2+、Fe2+、Al3+，电解，铜离子在阴极得电子生成Cu，亚铁离子在阳极失电子生成Fe3+，过滤，滤液中含有Ni2+、Fe3+、Al3+，再加磷酸钠，生成FePO4、AlPO4沉淀，过滤，滤液为含有Ni2+的溶液，加有机萃取剂萃取、分液，有机层中加硫酸，分液，水层中为NiSO4。
(1)若要提高浸出速率可以增大反应物的浓度，即增大硫酸的浓度，或者升高温度。
(2)铜离子得电子生成Cu，即电解过程中铜粉在阴极生成；阴极上铜离子得电子生成Cu，阳极上Fe2+失电子生成Fe3+，则电解方程式为Cu2+＋2Fe2+Cu＋2Fe3+。
(3)步骤③应该控制溶液中PO的浓度，使Fe3+、Al3+全部转化为沉淀，而Ni2+不生成沉淀，若没有Ni3(PO4)2沉淀生成，则Ksp[Ni3(PO4)2]＝c3(Ni2+)·c2(PO)＝(0.1)3×c2(PO)＝4.0×10－31，所以c(PO)＝2.0×10－14 mol·L－1；若使Fe3+、Al3+全部转化为沉淀，FePO4的Ksp小先沉淀，Al3+完全沉淀时Fe3+也完全沉淀，Ksp(AlPO4)＝c(Al3+)·c(PO)＝(10-5)×c(PO)＝1.0×10-19，所以c(PO)＝1.0×10－14 mol·L－1，即当c(PO)＝1.0×10－14 mol·L－1时Fe3+、Al3+全部转化为沉淀；所以溶液中c(PO)的范围为1.0×10－14～2.0×10－14 mol·L－1。
(4)已知存在平衡：NiSO4(水层)＋2(HA)2(有机层)Ni(HA2)2(有机层)＋H2SO4(水层)，增大反应物的浓度，平衡正向移动，所以为促使上述平衡向正反应方向移动应该加入有机萃取剂。
(5)步骤⑤中作为反萃取剂，即平衡NiSO4(水层)＋2(HA)2(有机层)Ni(HA2)2(有机层)＋H2SO4(水层)逆向移动，则增大生成物的浓度，所以加入硫酸作反萃取剂。
(6)步骤④中加有机萃取剂，分液，水层中含有硫酸，步骤⑤中加硫酸作为反萃取剂，分液有机层为有机萃取剂，则硫酸和有机萃取剂可以循环使用。
14．(1)S2－＋2H+===H2S↑
(2)减少过氧化氢的分解　2Fe2+＋H2O2＋2H+===2Fe3+＋2H2O　bd
(3)静置，取少量上层清液继续滴加1～2滴Na2CO3溶液，无沉淀生成
(4)①pH≥9　②4Ni(OH)2＋O24NiOOH＋2H2O
15．(1)SiO2　5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣
(3)H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋　无易挥发的有毒气体H2S逸出，可保护环境
(4)过量的F－结合H＋生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器
解析：(1)“酸溶”时，硅的氧化物与硫酸和硝酸均不反应，故废渣的主要成分为SiO2。“酸溶”时加入的是混酸，金属镍溶解时，Ni与硝酸发生氧化还原反应，离子方程式为5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O。
(2)“酸溶”后所得溶液中含有Fe3＋、Fe2＋，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣。
(3)“除铜”时通入H2S，将Cu2＋沉淀，反应的离子方程式为H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。H2S为易挥发的有毒气体，若用Na2S代替H2S除铜，可保护环境。
(4)“除铜”时生成了CuS和H＋，溶液酸性增强，加入NaF除钙镁时，若NaF的实际用量过多，则有HF生成，HF会腐蚀陶瓷容器。
16．(1)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2　
(2)H2和H2S　Co2＋　
(3)2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O　
(4)5.6～6.2　Cr(OH)3和Fe(OH)3　
(5)4Ni(OH)2＋O24NiOOH＋2H2O
17．(1)Fe(OH)3　Al(OH)3　＜　C　
(2)NiCl2＋Na2C2O4＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓＋2NaCl　
(普通)漏斗、玻璃棒和烧杯　玻璃棒划破滤纸、滤液超过滤纸边缘　
(3)Cl2　淀粉 KI溶液　
(4)2Ni(OH)2＋2OH－＋Cl2===2Ni(OH)3＋2Cl－
18．(1)增大盐酸的浓度(或将镍废料研成粉末等)　
(2)4.7～7.1　
(3)NaCl　
(4)2Ni2＋＋ClO－＋4OH－===Ni2O3＋Cl－＋2H2O　
(5)10 g·L－1
(6)2NiC2O4·2H2ONi2O3＋3CO＋CO2＋4H2O
19．(1)SiO2　5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣
(3)H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋　无易挥发的有毒气体H2S逸出，可保护环境
(4)过量的F－与溶液中H＋结合生成氢氟酸会腐蚀陶瓷容器　
(5)9.15
(6)×100%
(7)NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
解析：(1)“酸溶”时，硅的氧化物与硫酸和硝酸均不反应，故废渣的主要成分为SiO2。“酸溶”时加入的是混酸，金属镍溶解时，Ni与硝酸发生氧化还原反应，离子方程式为5Ni＋12H＋＋2NO===5Ni2＋＋N2↑＋6H2O。
(2)“酸溶”后所得溶液中含有Fe3＋、Fe2＋，“除铁”时H2O2的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，加入碳酸钠的目的是调节溶液的pH，使Fe3＋完全沉淀为黄钠铁矾渣。
(3)“除铜”时通入H2S，将Cu2＋沉淀，反应的离子方程式为H2S＋Cu2＋===CuS↓＋2H＋。H2S为易挥发有毒气体，若用Na2S代替H2S除铜，可保护环境。
(4)“除铜”时生成CuS和H＋，溶液酸性增强，加入NaF除钙镁，若NaF的实际用量过多，则有HF生成，HF会腐蚀陶瓷容器。
(5)Ksp[Ni(OH)2]＝c(Ni2＋)·c2(OH－)＝2.0×10－15，则c(OH－)＝(×10－5)mol·L－1，c(H＋)＝(×10－9)mol·L－1，pH＝－lg c(H＋)≈9.15，故该流程在“沉镍”过程中，需调节溶液pH约为9.15时，Ni2＋才刚好沉淀完全。
(6) 100 kg废料经上述工艺制得Ni(OH)2固体的质量为31 kg，则镍回收率×100%；
(7) 电池放电过程中NiOOH在正极得电子生成Ni(OH)2，电极反应式为：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。
20．(1)H︰H　
(2)Al(OH)3　5.2～7.6　bc
(3)ClO－＋ 2Co2＋ ＋ 5H2O===2Co(OH)3↓＋ Cl－ ＋ 4H＋
(4)Na＋　
(5)作还原剂
(6)2×10－4 mol·L－1　2HCO＋Co2＋===CoCO3↓＋CO2↑＋H2O
(7)蒸发浓缩、冷却结晶
21．(1)①CaSO4　②70　随着温度升高，Ni2＋的水解程度增大，从而形成一定量的Ni(OH)2沉淀
(2)Fe2(SO4)3＋H2S===2FeSO4＋H2SO4＋S↓　1∶2　3.7≤pH<7.1
(3)ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－　
c(Ca2＋)＝ mol·L－1＝3.0×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全
解析：(1)①由流程知滤渣1的主要成分是CaSO4。②由图知当温度在70 ℃左右时镍的浸出率较高，故酸浸时适宜的温度为70 ℃。Ni2＋能水解生成Ni(OH)2，而升温能促进水解。(2)酸浸后溶液中的金属离子有Fe3＋、Cu2＋、Ni2＋、Ca2＋等，将H2S氧化为S的是Fe2(SO4)3，由此可写出相应的化学方程式。常见的绿色氧化剂X的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，则它是H2O2，反应中n(H2O2)∶n(FeSO4)＝1∶2。由表中数据及此时溶液中金属离子成分(Fe3＋、Ni2＋、Ca2＋等)知，欲沉淀Fe3＋，而Ni2＋不受影响，则应调控pH的范围是3.7≤pH<7.1。(3)该反应中Ni2＋被氧化为2NiOOH·H2O，ClO－被还原为Cl－，相应的离子方程式为ClO－＋2Ni2＋＋4OH－===2NiOOH·H2O↓＋Cl－。c(Ca2＋)＝＝ mol·L－1＝3.0×10－6 mol·L－1<1.0×10－5 mol·L－1，Ca2＋已沉淀完全。
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