Question

人造金剛石酸洗廢液中含有大量的Ni²⁺、Mn²⁺、Co²⁺離子，不經處理排放危害極大。某工廠技術人員設計了創新方案，使有害離子的濃度降低到排放標準，同時得到了純度較高的鎳粉。
廢液經分析組成如下：

在強酸性的廢液中加入NaOH調節pH到2，在攪拌下加入飽和Na₂CO₃溶液和NaClO除去Mn²⁺、Co²⁺，并控制pH不超過3.5（Na₂CO₃需緩慢加入，防止產生大量CO₂而冒槽），過濾后電解含Ni²⁺的過濾液，以鎳鉻鈦不銹鋼片為陰極，以鉛片為陽極，電解后在陰極得到鎳粉。回答下列問題
⑴　調節強酸性廢液至pH=2，可否直接用飽和Na₂CO₃溶液？分析你的原因
⑵　寫出除去廢液中Mn²⁺、Co²⁺的反應方程式
⑶　攪拌過程中Ni不被沉淀下來，實際操作中是如何實現？
⑷　電解過程中電流效率與pH的關系如下圖，試分析如下圖所示變化的原因.并選擇電解的最佳pH值

Answer 1

⑴　不可以，將產生大量CO₂而冒槽  （1分）
⑵　
   （2分）
⑶　根據廢液離子濃度分析結果，控制NaClO用量，可使Mn²⁺，Co²⁺沉淀完而Ni²⁺不被沉淀。（1分）

⑷　pH較低時，將產生大量氫氣，電流效率低；pH>4.5時，將產生Ni(OH)₂沉淀，Ni²⁺濃度下降，不利于Ni的析出。（2分）選擇在4.0-4.5左右  （1分）

⑴認真閱讀試題可從題中獲得相關信息，當溶液酸性太強時，直接加入飽和Na₂CO₃溶液會產生大量的CO₂，從而發生冒槽。
⑵Mn²⁺、Co²⁺在堿性增強的條件下，被ClO^－氧化并生成沉淀，通過過濾的方法可以除去這兩種雜質離子——這是溶液中除雜最常用的方法之一，如Fe²⁺的除雜。
Mn²⁺在堿性條件下，被氧化為+4，以MnO₂的形式被除去，離子方程式為：

Co²⁺在堿性條件下不穩定，生成Co(Ⅲ)的氫氧化物，離子方程式如下：

在書寫離子方程式的時候，也應該結合題意，溶液由于pH＜3.5，仍為酸性條件，所以CO₃^2-結合H⁺，生成CO₂氣體。
⑶Ni(Ⅲ)和Co(Ⅲ)都有很強的氧化性，但Ni(Ⅲ)非常不穩定，氧化性比Co(Ⅲ)化合物的氧化性強，因此只要ClO^-適量，即使Ni²⁺被氧化生成了三價鎳的化合物，也會被未參加反應的Co²⁺、Mn²⁺還原為Ni²⁺。因此防止Ni²⁺被沉淀的方法就是控制ClO^-的用量。
⑷從圖中曲線變化趨勢可以看出，當溶液酸性較大時，電解效率很低，隨著pH的增大，電解效率增大，但是當pH＞4.5后，電解率與溶液pH變化不明顯。因此此處要重點分析pH較小時電解效率不高，以及pH較大時電解效率也不高的原因。
由于H⁺、Ni²⁺都能在電極的陰極放電，所以當pH較小，也即[H⁺]較大時，將產生大量的氫氣，造成電解效率較低。當pH較大時，由于Ni²⁺生成了難溶物，溶液中[Ni²⁺]減小，也造成電解效率低。因此，從圖中可以看出來，最佳的pH范圍大約為4.0～4.5。