Question

【題目】Ni-MH電池在工農業生產和日常生活中具有廣泛用途，廢舊電池中含有大量金屬元素，其回收利用具有非常重要的意義。一種利用廢Ni-MH電池正極材料(主要含有Ni(OH)2，還含有少量Fe、Cu、Ca、Mg、Mn、Zn的氫氧化物)制備電子級硫酸鎳晶體的工藝流程如下圖所示：

回答下列問題：

（1）“浸出”時溫度、硫酸濃度、浸出時間對鎳浸出率的影響如下圖：

則“浸出”時最適宜的條件為_______________。

（2）在“濾液1”中加入雙氧水可將Fe2+轉化為難溶的針鐵礦(FeOOH)，寫出反應的離子方程式：______________。

（3）“濾液2”中加入NaF可將濾液中Ca2+、Mg2+轉化為難溶的CaF2和MgF2。當加入過量NaF后，所得“濾液3”中c(Mg2+)∶c(Ca2+)=0.67，則MgF2的溶度積為_____________[已知Ksp(CaF2)=1.10×10-10]。

（4）向“濾液3”中加入(NH4)2S2O8可以除錳，在此過程中(NH4)2S2O8與MnSO4反應生成含錳元素的一種黑色不溶物、硫酸銨及硫酸，寫出該反應的化學方程式___________________。

（5）向“濾液4”加入有機萃取劑后，Zn2+與有機萃取劑(用HA表示)形成易溶于萃取劑的絡合物ZnA2·2HA。該過程可以表示為：Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+

①已知加入萃取劑后，鋅的萃取率隨料液pH變化如圖所示。試分析pH增大時，鋅的萃取率逐漸增大的原因是___________________。

②“操作X”的名稱是_____________。

（6）上述回收鎳的過程中，使用了1kg含鎳37.1%的正極材料，最終得到純凈的NiSO4·7H2O1.686kg，則鎳的回收率為_______________。

Answer 1

【答案】 80℃ ，1.8mol/LH2SO4，30min 2Fe2++H2O2+2H2O=2FeOOH↓+4H+ 7.37×10-11 (NH4)2S2O8+MnSO4+2H2O=MnO2↓+(NH4)2SO4+2H2SO4 料液的pH增大，使料液中的c(H+)減小，促使Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+向右進行，鋅的萃取率增大 分液 95.4%

【解析】分析：本題以利用廢Ni-MH電池正極材料制備電子級硫酸鎳晶體的工藝流程為載體，考查流程的分析、圖像分析、適宜條件的選擇、外界條件對化學平衡的影響、指定情境下方程式的書寫、溶度積的計算、化學實驗的基本操作和化學計算。廢Ni-MH電池正極材料加H2SO4浸出時，金屬的氫氧化物轉化成相應的硫酸鹽；浸出液中加入Na2S將Cu2+轉化為CuS沉淀除去；向“濾液1”中加入雙氧水將Fe2+轉化為FeOOH沉淀除去；向“濾液2”中加入NaF將Ca2+、Mg2+轉化為CaF2、MgF2沉淀而除去；向“濾液3”中加入（NH4）2S2O8除去Mn2+；“濾液4”中用有機萃取劑除去Zn2+。

詳解：（1）根據圖1，“浸出”最佳溫度約為80℃；根據圖2，隨著硫酸濃度的增大Ni浸出率增大，硫酸濃度為1.8mol/L時Ni浸出率已經很大，當硫酸濃度大于1.8mol/L，繼續增大硫酸濃度Ni浸出率增大不明顯，硫酸最適宜濃度為1.8mol/L；根據圖3，“浸出”時間小于30min隨著時間的延長Ni浸出率明顯增大，大于30minNi浸出率趨于平緩，最佳時間為30min；“浸出”時最適宜的條件是：溫度為80℃、硫酸濃度為1.8mol/L、時間為30min。

（2）雙氧水將Fe2+轉化為FeOOH沉淀，Fe2+被氧化，H2O2被還原，根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H2O=2FeOOH↓+4H+。

（3）當加入過量NaF后，Ksp（MgF2）=c（Mg2+）·c2（F-），Ksp（CaF2）= c（Ca2+）·c2（F-），將兩式相比消去c2（F-），Ksp（MgF2）= Ksp（CaF2）=1.1010-100.67=7.3710-11。

（4）（NH4）2S2O8與MnSO4反應生成含錳元素的一種黑色不溶物、（NH4）2SO4和H2SO4，含錳元素的黑色不溶物為MnO2，反應可寫成（NH4）2S2O8+MnSO4→MnO2↓+（NH4）2SO4+H2SO4，Mn元素的化合價由+2價升至+4價，S元素的化合價由+7價降至+6價，根據得失電子守恒和原子守恒配平，（NH4）2S2O8與MnSO4反應的化學方程式為：（NH4）2S2O8+MnSO4+2H2O=MnO2↓+（NH4）2SO4+2H2SO4。

（5）①pH增大時，鋅的萃取率逐漸增大的原因是：料液pH增大，使料液中的c（H+）減小，促使Zn2++4HAZnA2·2HA+2H+向右進行，鋅的萃取率增大。

②“濾液4”中加入有機萃取劑將Zn2+萃取，出現分層現象，將有機層與水層分離的“操作X”的名稱為分液。

（6）根據Ni守恒，Ni的回收率為100%=95.4%。