Question

【題目】Ni(OH)2作為合成鎳鈷錳三元電極材料的原料，工業(yè)上可用紅土鎳礦(主要成分為NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)制備，工藝流程如圖所示。回答下列問(wèn)題：

(1)“濾渣1”的成分為______(寫化學(xué)式)。

(2)“除鐵”中，加入NaClO的目的是_________________，為了證明加入NaClO已足量，可選擇的試劑是__________ (填字母標(biāo)號(hào))。

a.KSCN溶液、氯水 b.K3[Fe(CN)6]溶液 c.NaOH溶液

(3)已知“濾渣2”的成分為黃鈉鐵礬，其化學(xué)式為NaFe3(SO4)2(OH)6，則“除鐵”

中“Na2CO3/△”條件下生成濾渣2的離子方程式為_______________。

(4)“除鎂”中，若溶液pH過(guò)小，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________。

(5)“沉鎳”的離子方程式為__________。

(6)以鎳鈷錳三元材料(可簡(jiǎn)寫為Li1-nMO2)為一極電極材料的新型鋰電池工作原理如圖所示，放電時(shí)總反應(yīng)為Li1-nMO2+LinC6 LiMO2+6C，則充電時(shí)b極的電極反應(yīng)式為____________________。

Answer 1

【答案】SiO2 將Fe2+氧化成Fe3+ b Na+＋3Fe3+＋2SO＋3H2O＋3CO＝NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑ F－與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，MgF2Mg2++2F－平衡向右移動(dòng) Ni2+＋2HCO3－＝NiCO3↓＋CO2↑＋H2O LiMO2－ne－＝Li1-nMO2＋nLi+

【解析】

紅土鎳礦(主要成分為NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)粉碎后用硫酸浸取，Ni、Fe、Mg元素進(jìn)入溶液，濾渣1為不溶于稀硫酸的SiO2；過(guò)濾后向?yàn)V液中加入次氯酸鈉將Fe2+氧化成Fe3+，然后加入碳酸鈉并加熱除去鐵元素和部分硫酸根，得到濾渣2為NaFe3(SO4)2(OH)6；過(guò)濾后向?yàn)V液中加入NaF除去鎂離子，得到濾渣3為MgF2；過(guò)濾后加入碳酸氫銨得到碳酸鎳沉淀，將碳酸鎳沉淀加稀硫酸溶解，再向溶液中加入NaOH得到Ni(OH)2。

(6)根據(jù)圖中放電時(shí)Li+的流向可知，放電時(shí)b極為正極，a極為負(fù)極；充電時(shí)b極為陽(yáng)極，a極為陰極。根據(jù)總反應(yīng)，放電時(shí)Li元素被氧化，所以LinC6為負(fù)極，即a極材料為LinC6，b極材料為Li1-nMO2。

(1)濾渣1的成分為不溶于稀硫酸的SiO2；

(2)加入NaClO可以將Fe2+氧化成Fe3+，便于除去；

當(dāng)NaClO足量時(shí)，溶液Fe元素以Fe3+的形式存在，不含Fe2+，所以只要證明溶液中沒(méi)有Fe2+就可以說(shuō)明NaClO足量；

a．由于溶液中存在Fe3+，所以滴加KSCN溶液溶液會(huì)顯紅色，再加氯水沒(méi)有明顯變化，無(wú)法檢驗(yàn)Fe2+，故不選a；

b．Fe2+可以和K3[Fe(CN)6]溶液生成藍(lán)色沉淀，故b合適；

c．加NaOH溶液會(huì)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，即便有Fe2+，產(chǎn)生的Fe(OH)2沉淀也會(huì)被迅速氧化，而且Fe(OH)3沉淀的顏色會(huì)覆蓋掉Fe(OH)2的顏色，所以無(wú)法通過(guò)NaOH溶液判斷是否有Fe2+，故不選c；

綜上所述選b；

(3)反應(yīng)物有Fe3+、Na2CO3、SO等，產(chǎn)物有NaFe3(SO4)2(OH)6，產(chǎn)物中的OHˉ說(shuō)明該反應(yīng)過(guò)程有Fe3+與CO的雙水解，所以產(chǎn)物應(yīng)該還有CO2，根據(jù)元素守恒可得離子方程式為Na+＋3Fe3+＋2SO＋3H2O＋3CO＝NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑；

(4)F－與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，MgF2Mg2++2F－平衡向右移動(dòng)，導(dǎo)致鎂離子沉淀不完全；

(5)沉鎳時(shí)反應(yīng)有Ni2+、NH4HCO3，產(chǎn)物有NiCO3說(shuō)明不是雙水解，而是Ni2+與HCO電離出的CO結(jié)合生成NiCO3沉淀，促進(jìn)HCO的電離，同時(shí)產(chǎn)生大量的氫離子，而氫離子又和HCO反應(yīng)生成二氧化碳和水，所以離子方程式為Ni2+＋2HCO＝NiCO3↓＋CO2↑＋H2O；

(6)充電時(shí)b極為陽(yáng)極，LiMO2失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生Li+，根據(jù)總反應(yīng)可知電極反應(yīng)式為LiMO2－ne－＝Li1-nMO2＋nLi+。