Question

5．鎳粉常用于各種高光澤裝飾漆和塑料生產，也常用作催化劑．
I、【鎳粉制備】：
工業(yè)用電解鎳新液（主要含NiSO₄、NiCl₂）制備堿式碳酸鎳晶體xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O，并利用其制備鎳粉的流程如下：

（1）反應器中的一個重要反應為3NiSO₄+3Na₂CO₃+2H₂O=NiCO₃•2Ni（OH）₂+3Na₂SO₄+2X，X的化學式為CO₂．
（2）物料在反應器中反應時需要控制反應條件．分析下圖，反應器中最適合的溫度及pH分別為55℃、8.3．

（3）生產中，pH逐漸增加，生成Ni（OH）₂含量也相對增加，則生成的堿式碳酸鎳晶體中，鎳的含量將升高（填“升高”、“降低”或“不變”）．
（4）操作1的名稱是過濾，實驗室完成此操作，需要的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒及漏斗，其中玻璃棒的作用是引流．
（5）固體洗滌時，需用純水洗滌，檢驗其洗滌干凈的試劑是BaCl₂溶液或Ba（NO₃）₂溶液或Ba（OH）₂溶液．
（6）氣體Y是空氣中含量最多的氣體，其是氮氣（填名稱）．
（7）操作2含過濾、水洗、95%酒精浸泡、晾干等操作，其中用95%酒精浸泡的目的是便于快速晾干．
II、【測定堿式碳酸鎳晶體的組成】：
為測定堿式碳酸鎳晶體（xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O）組成，某小組設計了如下實驗方案及裝置：
【資料卡片】：
1、堿式碳酸鎳晶體受熱會完全分解生成NiO、CO₂及H₂O．
2、400℃左右，NiO會氧化生成Ni₂O₃．
3、堿石灰是NaOH及CaO的混合物，可以吸收CO₂和H₂O．
【實驗步驟】：

	裝置C/g	裝置D/g	裝置E/g
加熱前	200.00	180.00	180.00
加熱后	201.08	180.44	180.00

①檢查裝置氣密性；②準確稱取3.77g xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O放在B裝置中，連接儀器；③打開彈簧夾a，鼓入一段時間空氣，稱量裝置C、D的質量；④關閉彈簧夾a，加熱裝置B至裝置C中導管末端無氣泡冒出；⑤打開彈簧夾a，緩緩通空氣一段時間；⑥準確稱量裝置C、D的質量；⑦根據數據進行計算（相關數據如右表）．
【實驗分析及數據處理】：
（8）完善實驗步驟中的填空：①檢查裝置氣密性；⑤緩緩通空氣一段時間．
（9）計算xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O中x：y：z的值1：2：4．
（10）左側通空氣的目的是排盡裝置中原有的CO₂和水蒸氣、將裝置B中的CO₂和水蒸氣完全排出．
【實驗反思】：
（11）實驗結束后，稱得裝置B中殘留固體質量為2.33g．請通過計算確定殘留固體的組成及各成分的質量（2分，寫出計算過程，精確到小數點后兩位）．剩余NiO質量為1.5g，生成Ni₂O₃ 0.83g．．

Answer 1

分析 根據給出的轉化關系對應的過程分析每個對應的問題，或者直接分析每個問題，從給出的信息中找對應的信息．

解答 解：
（1）反應器中的一個重要反應為3NiSO₄+3Na₂CO₃+2H₂O=NiCO₃•2Ni（OH）₂+3Na₂SO₄+2X，反應前Ni原子共3個、S原子共3個、O原子共23個、Na原子6個、C原子3個、H原子4個，反應后現有：Ni原子3個、S原子共3個、O原子共19個、Na原子6個、C原子1個、H原子4個，少O原子4個，C原子2個，而這些微粒包含在2個X分子中，所以X的化學式為 CO₂．
（2）
物料在反應器中反應時需要控制反應條件．根據圖可知，在55℃時雜質含量最低，在pH=8.3時各種雜質相對最少，所以反應器中最適合的溫度及pH分別為 55℃、8.3．
（3）生產中，pH逐漸增加，生成Ni（OH）₂含量也相對增加，由于在氫氧化鎳中鎳元素含量比在純凈的堿式碳酸鎳中高，所以隨著氫氧化鎳的含量相對增加，則生成的堿式碳酸鎳晶體中，鎳的含量將 升高．
（4）操作1是實現難溶性固體和液體分離的，在實驗室中該操作為過濾（也可以根據操作結果為濾液得出此操作為過濾）．實驗室完成過濾操作時，需要的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒及 漏斗，其中玻璃棒的作用是 引流．
（5）固體洗滌時，需用純水洗滌，洗滌只要是除去表面附著的硫酸鈉的，所以檢驗是否洗滌干凈就是檢驗是否留硫酸根離子的殘留，用含鋇離子的可溶性溶液即可，可以是鋇鹽也可以是鋇堿．
（6）氣體Y是空氣中含量最多的氣體，空氣中氮氣占體積的大約五分之四，所以是 氮氣）．
（7）操作2含過濾、水洗、95%酒精浸泡、晾干等操作，由于酒精易揮發(fā)，所以用95%酒精浸泡的目的是 便于快速晾干．
II、【測定堿式碳酸鎳晶體的組成】：
 （8）完善實驗步驟中的填空：①檢查裝置氣密性（保證后續(xù)數據準備和實驗的安全順利進行）；⑤緩緩通空氣一段時間（將裝置內二氧化碳和水蒸氣完全排出，使測定結果更準確，計算結果更準確．
（9）水的質量為201.08g-200g=1.08g
二氧化碳的質量為180.44g-180h=0.44g
由于發(fā)生的是分解反應，所以生成的NiO的質量為3.77g-1.08g-0.44g=2.25g
則分解反應中水、二氧化碳和NiO的系數比（也就是分子個數比）為$\frac{1.08g}{18}$：$\frac{0.44g}{44}$：$\frac{2.25g}{77}$=6：1：3
即：xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6H₂O↑+1CO₂↑+3NiO
可得x=1
y=2
z=4
即xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O中x：y：z的值 1：2：4．
（10）左側通空氣的目的是 開始是為了排盡裝置中原有的CO₂和水蒸氣，避免裝置內的二氧化碳和水蒸氣造成數據干擾；反應后是為了將裝置B中的CO₂和水蒸氣完全排出，使計算結果更準確．
【實驗反思】：
（11）根據關系式以及 xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O的質量為3.77g可得
NiCO₃•2Ni（OH）₂•4H₂O～～～3NiO～～～3Ni～～～3O
3.77 225 177 48
3.77g 2.25g 1.77g 0.48g
∵裝置B中殘留固體質量為2.33g
∴殘留固體中O元素質量為2.33g-1.77g=0.56g，大于0.48g
殘留固體中Ni、O元素質量比為1.77g：0.56g=177：56
而NiO及Ni₂O₃中Ni、O元素質量比分別為177：48、177：72，故殘留固體為NiO和Ni₂O₃的混合物．
殘留固體質量增加2.33g-2.25g=0.08g，是和NiO反應的O₂質量
設與氧氣反應的NiO質量為x 生成的Ni₂O₃質量為y
4 NiO+O₂ $\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2Ni₂O₃
300      32                332
x         0.08g             y
$\frac{300}{x}$=$\frac{32}{0.08g}$=$\frac{332}{y}$
x=0.75g
y=0.83g
剩余NiO質量為2.25g-0.75g=1.5g，生成Ni₂O₃ 0.83g．
故答案為：
（1）CO₂；
（2）55；    8.3；
（3）升高；
（4）過濾；    漏斗；    引流；
（5）BaCl₂溶液或Ba（NO₃）₂溶液或Ba（OH）₂溶液（答AgNO₃溶液不給分，因為洗滌液中Cl^-含量很低）；
（6）氮氣（填化學式不給分）；
（7）便于快速晾干；
（8）①檢查裝置氣密性；   ②緩緩通空氣一段時間；
（9）1：2：4；
（10）排盡裝置中原有的CO₂和水蒸氣；  將裝置B中的CO₂和水蒸氣完全排出；
（11）根據關系式以及 xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O的質量為3.77g可得
NiCO₃•2Ni（OH）₂•4H₂O～～～3NiO～～～3Ni～～～3O
3.77                                           225             177        48
3.77g                                         2.25g         1.77g       0.48g
∵裝置B中殘留固體質量為2.33g
∴殘留固體中O元素質量為2.33g-1.77g=0.56g，大于0.48g
殘留固體中Ni、O元素質量比為1.77g：0.56g=177：56
而NiO及Ni₂O₃中Ni、O元素質量比分別為177：48、177：72，故殘留固體為NiO和Ni₂O₃的混合物．
殘留固體質量增加2.33g-2.25g=0.08g，是和NiO反應的O₂質量
設與氧氣反應的NiO質量為x 生成的Ni₂O₃質量為y
4 NiO+O₂ $\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2Ni₂O₃
300     32              332
x       0.08g            y
$\frac{300}{x}$=$\frac{32}{0.08g}$=$\frac{332}{y}$
x=0.75g
y=0.83g
剩余NiO質量為2.25g-0.75g=1.5g，生成Ni₂O₃ 0.83g．

點評 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時先看解答的問題是什么，然后帶著問題去讀給出的圖進而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問題實際上與復雜的轉化圖相比，其實很簡單很基礎，或者可以說轉化圖提供的是情境，考查基本知識．