19.2030年全球新能源動(dòng)力電池鎳消費(fèi)量將達(dá)到2020年全球鎳產(chǎn)量的近40%。堿式碳酸鎳[NiCO
3?2Ni(OH)
2?xH
2O]在工業(yè)上可作為制備其他含鎳化合物的原料。工業(yè)上由某含鎳廢渣精礦(主要成分為NiO、Fe
2O
3,CuO、SiO
2) 為原料制備堿式碳酸鎳的流程如圖1所示。
已知:①25°C時(shí),相關(guān)離子開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH如表所示。
離子 |
Ni2+ |
Fe3+ |
Cu2+ |
開(kāi)始沉淀時(shí)的pH |
6.4 |
2.2 |
4.4 |
完全沉淀時(shí)的pH |
8.4 |
3.5 |
6.7 |
②25°C時(shí),K
sp(NiS)=1.0×10
-27,K
sp(CuS)=8.0×10
-35。
回答下列問(wèn)題:
(1)濾渣I的主要成分為
(填化學(xué)式)。
(2)“除雜1”時(shí)應(yīng)利用加入的Na
2CO
3溶液調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為
。
(3)“除雜2”時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為NiS(s)+Cu
2+(aq)?CuS(s)+Ni
2+(aq)。25℃時(shí),該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為
;實(shí)驗(yàn)測(cè)得此工序中加入NiS的物質(zhì)的量與“除雜1”所得溶液中Cu
2+的物質(zhì)的量之比、反應(yīng)溫度對(duì)“除雜2”所得濾渣中銅鎳比的關(guān)系分別如圖2和圖3所示。
則最佳的加入NiS的物質(zhì)的量與“除雜1“所得溶液中Cu
2+的物質(zhì)的量之比和反應(yīng)溫度分別為
、
。
(4)“萃取“和“反萃取“的最終目的是富集獲得含有
(填化學(xué)式)的水溶液。
(5)“沉鎳”時(shí)應(yīng)控制溫度為95°C,反應(yīng)除生成NiCO
3?2Ni(OH)
2?xH
2O外,還有一種無(wú)色氣體生成。該氣體為
分子(填“極性“或“非極性“)。
(6)堿式碳酸鎳可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化制得鎳氫電池。鎳氫電池的工作原理為:Ni(OH)
2+M
放電NiOOH+MH(M表示儲(chǔ)氫金屬或合金)。該電池充電過(guò)程中陰極的電極反應(yīng)式為
。
(7)工業(yè)上,鎳作陽(yáng)極,電解0.1mol?L
-1NiCl
2溶液與一定量NH
4Cl溶液組成的混合溶液,可得到高純度的球形超細(xì)鎳粉。當(dāng)其他條件一定時(shí),NH
4Cl的濃度對(duì)陰極電流效率(電極上實(shí)際沉積的物質(zhì)的量與理論析出量之比)及Ni的成粉率的影響如圖4所示。
①為獲得高純度的球形超細(xì)鎳粉,NH
4Cl溶液的濃度最好控制為
g?L
-1。
②當(dāng)NH
4Cl濃度大于15g?L
-1時(shí),陰極有氣體生成,導(dǎo)致陰極電流效率降低,請(qǐng)解釋其可能的原因是
。