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解答题-工业流程题 较难0.4 引用1 组卷320
铁、钴、镍性质非常相似,被称为铁系元素。铁系元素在生产生活中有重要用途。
I. 氯化钴可用于化学反应催化剂,油漆催干剂等。用金属钴板(含少量Fe、Ni)制备氯化钴流程如下:

已知:①钴与盐酸反应极慢,需加入催化剂硝酸才能进行实际生产。
②有关钴、镍和铁化合物的性质见下表:
化学式沉淀完全时的pH钴镍性质
Co(OH)29.4Co+2HCl=CoCl2+H2       
+2NH3•H2O= ↓+2
Ni+ 2HCl=NiCl2+H2        Co2++2H2O⇌+2H+
Ni2++ 6NH3•H2O=[Ni]2++6H2O
Fe(OH)29.6
Fe(OH)33.7

(1)实验室测溶液pH要用到的玻璃仪器有__________
(2)“除镍”步骤中,NH3•H2O用量对残留Ni2+含量的影响见表:从表中可知x=_________时,除镍效果最好。
加氨水调pHNi2+含量
90.08%
9.50.05%
100.005%
10.30.005%

(3)“除铁”步骤中加入纯碱的作用是(利用水解平衡原理并结合必要的文字作答)__________________________
(4)加盐酸调pH的目的是______________________
II. 当代技术利用铁的氧化物循环裂解水制氢气的过程如下图所示。

(5)已知:在20MPa、800℃下
Fe3O4(s) + CO(g)=3FeO(s) + CO2(g)     ΔH1= +19.3 kJ·mol-1
3FeO(s) + H2O(g)=Fe3O4(s) + H2(g)     ΔH2= -57.2 kJ·mol-1
C(s) + CO2(g)=2CO(g)                      ΔH3= +172.4 kJ·mol-1
则该条件下,铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式是__________
III. 我国镍氢电池居世界先进水平。常见镍氢电池的某极是储氢合金LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合价均为零),电池反应通常表示为:LaNi5H6+6NiO(OH)LaNi5+6Ni(OH)2
(6)则该电池放电时负极反应式为:____________________
(7)用镍氢电池做电源,在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如下。

若电镀前铁、铜两片金属质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为4.48 g,则电镀时电路中通过的电子的物质的量为_______
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2030年全球新能源动力电池镍消费量将达到2020年全球镍产量的近40%。碱式碳酸镍[NiCO3·2Ni(OH)2·xH2O]在工业上可作为制备其他含镍化合物的原料。工业上由某含镍废渣精矿(主要成分为NiO、Fe2O3,CuO、SiO2)为原料制备碱式碳酸镍的流程如图1所示。

已知:①25°C时,相关离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示。
离子Ni2+Fe3+Cu2+
开始沉淀时的pH6.42.24.4
完全沉淀时的pH8.43.56.7
②25°C时,Ksp(NiS)=1.0x10-27,Ksp(CuS)=8.0x10-35
回答下列问题:
(1)滤渣I的主要成分为___________(填化学式)。
(2)“除杂1”时应利用加入的Na2CO3溶液调节溶液的pH范围为___________
(3)“除杂2”时发生反应的离子方程式为NiS(s)+Cu2+(aq)CuS(s)+Ni2+(aq)。25°C时,该反应的化学平衡常数为___________;实验测得此工序中加入NiS的物质的量与“除杂1”所得溶液中Cu2+的物质的量之比、反应温度对“除杂2”所得滤渣中铜镍比的关系分别如图2和图3所示。

则最佳的加入NiS的物质的量与“除杂1"所得溶液中Cu2+的物质的量之比和反应温度分别为______________________
(4)“萃取"和“反萃取"的最终目的是富集获得含有___________(填化学式)的水溶液。
(5)“沉镍”时应控制温度为95°C,反应除生成NiCO3·2Ni(OH)2·xH2O外,还有一种无色气体生成。该气体为___________分子(填“极性"或“非极性")。
(6)碱式碳酸镍可进一步转化制得镍氢电池。镍氢电池的工作原理为:Ni(OH)2+MNiOOH+MH(M表示储氢金属或合金)。该电池充电过程中阴极的电极反应式为___________
(7)工业上,镍作阳极,电解0.1mol·L-1NiCl2溶液与一定量NH4Cl溶液组成的混合溶液,可得到高纯度的球形超细镍粉。当其他条件一定时,NH4Cl的浓度对阴极电流效率(电极上实际沉积的物质的量与理论析出量之比)及Ni的成粉率的影响如图4所示。

①为获得高纯度的球形超细镍粉,NH4Cl溶液的浓度最好控制为___________g·L-1
②当NH4Cl浓度大于15g·L-1时,阴极有气体生成,导致阴极电流效率降低,请解释其可能的原因是___________

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