Question

17．鎳及其化合物具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，是許多領(lǐng)域尤其是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要原料．回答下列問題：
（1）鎳及其化合物能發(fā)生下列反應(yīng)：
①Ni+2HCl═NiCl₂+H₂↑；
②NiO₂+4HCl═NiCl₂+Cl₂↑+2H₂O
當兩個反應(yīng)轉(zhuǎn)移相同電子數(shù)時，消耗HCl的物質(zhì)的量比為1：2，生成氣體的物質(zhì)的量比為1：1．
（2）工業(yè)上為從4J29合金（鐵鈷鎳合金）廢料中提取鈷和鎳，首先先進行“酸浸”，鎳浸出率隨時間變化如圖所示
①“酸浸”的適宜溫度與時間分別為70℃、120min．鎳的浸出率并沒有隨溫度的升高而呈明顯提高的原因是70℃時，Ni的進出率已達90%，故升高溫度進出率變化不大．
②除去鐵元素的過程中有下列反應(yīng)發(fā)生，請配平上述反應(yīng)方程式．
2Fe（OH）₃+5-nClO^-+2nOH^-=2FeO₄^n-+5-nCl^-+n+3H₂O
（3）近年來鎳氫電池發(fā)展很快，它可由NiO（OH）與LaNi₅H₆（La為鑭元素，LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零）組成，反應(yīng)方程式為NiO（OH）+LaNi₅H₆$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．LaNi₅H₆中H元素的化合價為0，該電池充電時，陰極反應(yīng)是LaNi₅+6H₂O-6e^-=LaNi₅H₆+6OH^-．
（4）向NiSO₄溶液中加入氫氧化鈉溶液攪拌，有Ni（OH）₂沉淀生成．
①當Ni²⁺完全沉淀 （Ni²⁺濃度小于1×10^-5mol/L） 時，則溶液的pH約為9.7{已知Ksp[Ni（OH）₂]=1.6×10^-14（mol/L）³； lg2≈0.3}．
②將生成的Ni（OH）₂在空氣中加熱可制取堿式氧化鎳[NiO（OH）]，若加熱不充分，制得的NiO（OH）中會混有Ni（OH）₂，其組成可表示為xNiO（OH）•yNi（OH）₂．現(xiàn)稱取1.013g樣品溶于稀硫酸，加入指示劑，用1.0mol/LFe²⁺標準溶液滴定，其離子方程式為NiO（OH）+Fe²⁺+3H⁺=Ni²⁺+Fe³⁺+2H₂O，滴定終點時消耗10.00mL標準液，則x：y的值10：1（列出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）分析反應(yīng)中元素化合價變化，依據(jù)方程式判斷當兩個反應(yīng)轉(zhuǎn)移相同電子，消耗的氯化氫和生成氣體的物質(zhì)的量；
（2）①根據(jù)鎳浸出率隨時間變化圖可知，70℃時，鎳浸出率很大，從時間看，120min鎳浸出率已經(jīng)很高，再延長時間對浸出率提高幅度很小；根據(jù)溫度的升高對進出率的影響來分析；
②反應(yīng)中鐵元素化合價從+3升高為8-n價，化合價升高5-n價，氯元素從+1價降為-1價，化合價降了2價，依據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價升降數(shù)目相等結(jié)合原子個數(shù)守恒配平方程式；
（3）依據(jù)題意：La為鑭元素，LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零判斷氫元素化合價；此電池放電時的反應(yīng)為LaNi₅H₆+6NiOH=LaNi₅+6Ni（OH）₂，正極反應(yīng)為6NiOOH+6e^-=6Ni（OH）₂+6OH^-，負極反應(yīng)為 LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O．由此可見儲氫合金是還原劑，作原電池的負極
，充電時電解池陰極對應(yīng)原電池負極，發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書寫充電時陰極電極反應(yīng)式；
（4）①依據(jù)溶度積規(guī)則計算解答；
②根據(jù)消耗Fe²⁺的物質(zhì)的量求出樣品中含有的NiO（OH）的物質(zhì)的量和質(zhì)量，然后用樣品的質(zhì)量減去NiO（OH）的質(zhì)量即得Ni（OH）₂的質(zhì)量和物質(zhì)的量，即可求出x：y的值．

解答 解：（1）①Ni+2HCl═NiCl₂+H₂↑，Ni由0價升高到NiCl₂中+2價，轉(zhuǎn)移2mol電子消耗2mol氯化氫，生成1mol氫氣；
②NiO₂+4HCl═NiCl₂+Cl₂↑+2H₂O，NiO₂由+4價降為NiCl₂中+2價，轉(zhuǎn)移2mol電子消耗4mol氯化氫，生成1mol氯氣；
所以兩個反應(yīng)轉(zhuǎn)移相同電子數(shù)時，消耗HCl的物質(zhì)的量比為：1：2；生成氣體的物質(zhì)的量比為1：1；
故答案為：1：2；1：1；
（2）①根據(jù)鎳浸出率隨時間變化圖可知，70℃時，鎳浸出率很大，從時間看，120min時鎳浸出率已經(jīng)很高，再延長時間對鎳浸出率沒有實質(zhì)性提高，選擇70℃和120min為宜；在70℃時，Ni的進出率已經(jīng)達到90%，再升高溫度進出率的升高空間不大；
故答案為：70；120；70℃時，Ni的進出率已達90%，故升高溫度進出率變化不大；
②反應(yīng)中鐵元素化合價從+3升高為8-n價，化合價升高5-n價，氯元素從+1價降為-1價，化合價降了2價，要使化合價升降數(shù)目相等則：氫氧化鐵系數(shù)為2，次氯酸根離子系數(shù)為5-n，依據(jù)原子個數(shù)守恒得：2Fe（OH）₃+（5-n）ClO^-+2nOH^-=2FeO₄^n-+（5-n）Cl^-+（n+3）H₂O；
故答案為：2；（5-n）；2n；2；（5-n）；（n+3）；
（3）依據(jù)題意：La為鑭元素，LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零，所以氫元素化合價為0；此電池放電時的反應(yīng)為LaNi₅H₆+6NiOH=LaNi₅+6Ni（OH）₂，正極反應(yīng)為6NiOOH+6e^-=6Ni（OH）₂+6OH^-，負極反應(yīng)為 LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O．由此可見儲氫合金是還原劑，作原電池的負極，充電時電解池陰極對應(yīng)原電池負極，發(fā)生還原反應(yīng)，陰極反應(yīng)為LaNi₅+6H₂O-6e^-=LaNi₅H₆+6OH^-；
故答案為：0；LaNi₅+6H₂O-6e^-=LaNi₅H₆+6OH^-；
（4）①當Ni²⁺完全沉淀 （Ni²⁺濃度小于1×10^-5mol/L） 時，則滿足c（Ni²⁺）×c²（OH^-）=Ksp[Ni（OH）₂]，即1×10^-5×c²（OH^-）=1.6×10^-14，解得c（OH^-）=4×10^-5，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{4×10{\;}^{-5}}$=2.5×10^-10mo/L，則pH=-lg2.5×10^-10=9.7，故答案為：9.7；
②反應(yīng)消耗Fe²⁺的物質(zhì)的量n=0.01L×1mol/L=0.01mol，設(shè)樣品中含有的NiO（OH）的物質(zhì)的量為amol，則有：
NiO（OH）～Fe²⁺
 1                     1
amol                0.01mol
故有：$\frac{1}{amol}=\frac{1}{0.01mol}$
解得a=0.01mol
則樣品中含有的NiO（OH） 的質(zhì)量m=0.01mol×92g/mol=0.92g
則樣品中含有的Ni（OH）₂的質(zhì)量m=1.013g-0.92g=0.093g
物質(zhì)的量n=$\frac{0.093g}{93g/mol}$=0.001mol
則NiO（OH） 和Ni（OH）₂的物質(zhì)的量之比為0.01mol：0.001mol=10：1=x：y
故答案為：10：1．

點評 本題考查了物質(zhì)分離方法和實驗過程分析判斷，溶度積常數(shù)和離子積常數(shù)的計算應(yīng)用以及滴定過程的計算，注意流程的理解應(yīng)用，掌握實驗基礎(chǔ)和物質(zhì)性質(zhì)是關(guān)鍵，題目難度中等．