Question

兰尼镍是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金，被广泛用作有机物的氢化反应的催化剂。以红土镍矿（主要成分为NiS、FeS和SiO₂等）为原料制备兰尼镍的工艺流程如下图所示：

(1)煅烧时主要生成的气体产物是___________，浸出渣A的主要成分是____________ 。

(2)向浸出液A中加入适量Na₂S，发生氧化还原的离子方程式为________________________。若Na₂S过量时，则过滤出的固体中会混有__________；

(3)已知Ni(CO)₄的沸点是42.2℃，Ni_(S)+CO_(g) ⇌ Ni(CO)_4(g)的平衡常数与温度的关系如下：

温度/℃	25	80	230
平衡常数	5×10^4	2	1.9×10^－^5

步骤①、步骤②的最佳温度分别是_______、_______（填选项代号）

A. 25℃    B. 30℃   C. 50℃     D. 80℃    E. 230℃

(4)加氢氧化钠的目的是溶解部分铝，形成多孔结构的镍铝合金，已知红土镍矿中NiS质量分数45.5%，取1Kg红土镍矿进行制备（不考虑制备过程中镍的损耗），熔融时加入270g铝，浸出时消耗800mL 5mol/LNaOH,理论上生成的兰尼镍的化学式为 __________。

Answer

SO2 SiO2 2Fe3+ + S2- = 2Fe2+ + S↓ FeS C E Ni5Al6

【解析】

由流程可知，红土镍矿(主要成分为NiS、FeS和SiO2等)煅烧发生氧化还原反应得到Ni2O3、Fe2O3(SiO2不反应)，加入硫酸加压酸浸，Ni2O3、Fe2O3溶解，发生的反应有2Ni2O3+4H2SO4=4NiSO4+O2↑+4H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O，SiO2不与硫酸反应，过滤得到浸出渣A为SiO2，浸出液A中含Ni2+、Fe3+，向浸出液A中通入H2S气体，发生还原反应的离子方程式是：H2S+2Fe3+=2Fe2++2H++S↓，另外生成沉淀NiS，过滤得到镍硫化合物NiS，再通入CO气体，形成Ni(CO)4，加热得到镍，高温熔融时通入氩气，加入铝，得到合金，将合金冷却、粉碎，再用浓氢氧化钠溶液碱浸，铝与氢氧化钠反应产生氢气使镍铝合金产生多孔的结构，浸出液B中含偏铝酸根，最后用蒸馏水洗浸出渣B，得到产品兰尼镍，以此来解答。

（1）由于矿物中含有硫元素，因此煅烧过程中产生的主要气体产物为SO2；矿物中的SiO2与稀硫酸不反应，因此所得滤渣A为SiO2，

故答案为：SO2；SiO2；

（2）滤液A中含有Fe3+，具有氧化性，能将S2−氧化成S，该反应的离子方程式为2Fe3++S2−=2Fe2++S↓；若Na2S过量，则会与反应生成的Fe2+形成FeS沉淀，

故答案为：2Fe3++S2−=2Fe2++S↓；FeS；

（3）步骤①要制得Ni(CO)4，而Ni(CO)4的沸点为42.2℃，因此步骤①应选用温度为42.2℃左右，故选C；步骤②要得到Ni，应使平衡逆向进行，结合温度对平衡常数的影响可知，应控制温度为230℃，故选E，

故答案为：C；E；

（4）1kg红土镍矿中所含Ni的质量为1000g×45.5%××100%=295g，浸出时发生反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，因此浸出时消耗n(Al)=n(NaOH)=5mol/L×0.8L=4mol，则形成兰尼镍的Al的质量m(Al)=270g−4mol×27g/mol=162g，令兰尼镍的化学式为NiaAlb，由元素质量比可得等式，解得，因此兰尼镍的化学式为Ni5Al6，

故答案为：Ni5Al6。