5.骨架型镍催化剂因其具有多孔结构对氢气有极强吸附性,故常用作加氢反应的催化剂.一种镍铜硫化矿(主要成分为Ni
分析:镍铜硫化矿(主要成分为Ni2S、Cu2S)用盐酸浸出,浸出渣I主要成分为Cu2S。Ni2S与盐酸反应生成NiCl2、H2S和氢气,反应式为:Ni2S+4HCl=NiCl2+H2S↑+H2↑。NiCl2溶液结晶后用水煤气煅烧,发生氧化还原反应,得到粗Ni。然后通入CO气体,生成Ni(CO)4。Ni(CO)4分解后加热到180℃,得到镍和CO。高温熔炼时加入铝并通入惰性气体保护Ni和Al,得到合金。合金经“高温熔炼”后冷却、粉碎。再用浓氢氧化钠溶液浸出。铝与氢氧化钠反应生成氢气,使镍铝合金具有多孔结构。 浸出液中含有铝酸盐,最后用蒸馏水洗涤浸出渣,即可得到产品镍铝合金,分析和解答以此为依据。
解答:(1)镍铜硫化矿酸浸得到的浸出渣I主要成分为Cu2S,气体Ⅱ为两种气体的混合气,则Ni2S与盐酸反应生成NiCl2、H2S和氢气(气体Ⅱ),故反应为:Ni2S+4HCl=NiCl2+H2S↑+H2↑;
因此答案是:Ni2S+4HCl=NiCl2+H2S↑+H2↑;
(2)按分析步骤①所述,Ni(CO)4加热到180℃分解得到镍和CO,反应为:Ni(CO)4$\frac{\{\;180℃\;}}{\;}$Ni+4CO↑;为使合金在碱浸时充分反应,加快反应速度,碱浸前应将合金V粉碎;
因此答案为:Ni(CO)4$\frac{\{\;180℃\;}}{\;}$Ni+4CO↑;使合金在碱浸过程中充分反应,加快反应速度;
(3)该合金为Ni、Al合金,碱浸时选用浓NaOH溶液,Al溶于氢氧化钠,离子反应为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
因此答案为:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;
(4)图1表明,残余铝含量在4%~6%范围内时催化剂活性最高,为优质产品;
所以答案是:4%到6%;
(5)阳极是氢氧离子发生氧化反应,生成氧气。反应式为:4OH--4e-=2H2O+O2↑;pH过高,镍离子会形成氢氧化物沉淀。pH过低,会放出较多的氢离子,产生氢气析出,不利于Ni的回收。因此电解过程中,溶液pH需控制在4左右。
因此答案为:4OH--4e-=2H2O+O2↑;pH过高,镍离子会形成氢氧化物沉淀,pH过低,会析出氢气,降低Ni的回收率;
(6)针对问题:骨架镍催化剂由于具有多孔结构,对氢气有很强的吸附能力,骨架镍的多孔结构吸收了碱浸过程中产生的氢气,因此,在使用新制备的骨架镍进行烯烃加氢时,有时不加氢气也能使反应完成。
因此答案是:骨架镍的多孔结构吸收了碱浸过程中产生的氢气。
点评:本题考查物质的制备,涉及工艺流程的理解、氧化还原反应、条件的控制选择和理解、电解原理等。理解工艺流程的原理是解题的关键。考查学生的综合能力,要求学生有扎实的基础和灵活的应用能力。题目难度中等。