Question

Ni(OH)₂作为合成镍钴锰三元电极材料的原料，工业上可用红土镍矿(主要成分为NiO、FeO、Fe₂O₃、MgO和SiO₂)制备，工艺流程如图所示。回答下列问题：

(1)“滤渣1”的成分为______(写化学式)。

(2)“除铁”中，加入NaClO的目的是_________________，为了证明加入NaClO已足量，可选择的试剂是__________ (填字母标号)。

a.KSCN溶液、氯水      b.K₃[Fe(CN)₆] 溶液      c.NaOH溶液 

(3)已知“滤渣2”的成分为黄钠铁矾，其化学式为NaFe₃(SO₄)₂(OH)₆，则“除铁”

中“Na₂CO₃/△”条件下生成滤渣2的离子方程式为_______________。

(4)“除镁”中，若溶液pH过小，Mg²⁺沉淀不完全，原因是_____________。

(5)“沉镍”的离子方程式为__________。

(6)以镍钴锰三元材料(可简写为Li_1-nMO₂)为一极电极材料的新型锂电池工作原理如图所示，放电时总反应为Li_1-nMO₂+Li_nC₆ LiMO₂+6C，则充电时b极的电极反应式为____________________。

Answer

SiO2 将Fe2+氧化成Fe3+ b Na+＋3Fe3+＋2SO＋3H2O＋3CO＝NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑ F－与H+结合形成弱电解质HF，MgF2⇌Mg2++2F－平衡向右移动 Ni2+＋2HCO3－＝NiCO3↓＋CO2↑＋H2O LiMO2－ne－＝Li1-nMO2＋nLi+

【解析】

红土镍矿(主要成分为NiO、FeO、Fe2O3、MgO和SiO2)粉碎后用硫酸浸取，Ni、Fe、Mg元素进入溶液，滤渣1为不溶于稀硫酸的SiO2；过滤后向滤液中加入次氯酸钠将Fe2+氧化成Fe3+，然后加入碳酸钠并加热除去铁元素和部分硫酸根，得到滤渣2为NaFe3(SO4)2(OH)6；过滤后向滤液中加入NaF除去镁离子，得到滤渣3为MgF2；过滤后加入碳酸氢铵得到碳酸镍沉淀，将碳酸镍沉淀加稀硫酸溶解，再向溶液中加入NaOH得到Ni(OH)2。

(6)根据图中放电时Li+的流向可知，放电时b极为正极，a极为负极；充电时b极为阳极，a极为阴极。根据总反应，放电时Li元素被氧化，所以LinC6为负极，即a极材料为LinC6，b极材料为Li1-nMO2。

(1)滤渣1的成分为不溶于稀硫酸的SiO2；

(2)加入NaClO可以将Fe2+氧化成Fe3+，便于除去；

当NaClO足量时，溶液Fe元素以Fe3+的形式存在，不含Fe2+，所以只要证明溶液中没有Fe2+就可以说明NaClO足量；

a．由于溶液中存在Fe3+，所以滴加KSCN溶液溶液会显红色，再加氯水没有明显变化，无法检验Fe2+，故不选a；

b．Fe2+可以和K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，故b合适；

c．加NaOH溶液会产生Fe(OH)3沉淀，即便有Fe2+，产生的Fe(OH)2沉淀也会被迅速氧化，而且Fe(OH)3沉淀的颜色会覆盖掉Fe(OH)2的颜色，所以无法通过NaOH溶液判断是否有Fe2+，故不选c；

综上所述选b；

(3)反应物有Fe3+、Na2CO3、SO等，产物有NaFe3(SO4)2(OH)6，产物中的OHˉ说明该反应过程有Fe3+与CO的双水解，所以产物应该还有CO2，根据元素守恒可得离子方程式为Na+＋3Fe3+＋2SO＋3H2O＋3CO＝NaFe3(SO4)2(OH)6↓＋3CO2↑；

(4)F－与H+结合形成弱电解质HF，MgF2⇌Mg2++2F－平衡向右移动，导致镁离子沉淀不完全；

(5)沉镍时反应有Ni2+、NH4HCO3，产物有NiCO3说明不是双水解，而是Ni2+与HCO电离出的CO结合生成NiCO3沉淀，促进HCO的电离，同时产生大量的氢离子，而氢离子又和HCO反应生成二氧化碳和水，所以离子方程式为Ni2+＋2HCO＝NiCO3↓＋CO2↑＋H2O；

(6)充电时b极为阳极，LiMO2失电子发生氧化反应，产生Li+，根据总反应可知电极反应式为LiMO2－ne－＝Li1-nMO2＋nLi+。