Question

18．三氧化二鎳是一種重要的電子元件材料、蓄電池材料．工業(yè)上利用含鎳廢料（鎳鐵鈣鎂合金為主）制取草酸鎳，再高溫煅燒草酸鎳制取三氧化二鎳．已知草酸的鈣、鎂、鎳鹽難溶于水．根據下列工藝流程示意圖回答問題．

（1）生產過程中多次進行過濾．實驗室進行過濾操作中用到玻璃棒，玻璃棒的作用是引流．
（2）加入過氧化氫后緩慢加入碳酸鈉溶液調pH至4.0～4.5左右，加入碳酸鈉溶液的作用是調節(jié)pH，促進鐵離子水解沉淀完全．再加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺．
（3）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒三小時，制得三氧化二鎳，同時獲得一種混合氣體．寫出草酸鎳受熱分解的化學方程式2NiC₂O₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑．
（4）工業(yè)上還可用電解法制取三氧化二鎳．用NaOH溶液調節(jié)NiCl₂溶液pH至7.5，加入適量硫酸鈉后采用惰性電極進行電解．電解過程中產生的Cl₂有80%在弱堿性條件下生成ClO^-，再把二價鎳氧化為三價鎳．寫出ClO^-氧化Ni（OH）₂生成三氧化二鎳的離子方程式ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H．a mol二價鎳全部轉化為三價鎳時，外電路中通過電子的物質的量是1.25a mol．
（5）電解法制取三氧化二鎳實際過程中，有時獲得一種結晶水合物，已知1mol該物質中含有0.5mol結晶水．取該化合物20.2g進行充分加熱，而獲得三氧化二鎳固體和0.2mol水，則該結晶水合物的化學式為NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O或2NiOOH•H₂O．

Answer 1

分析 流程分析，鎳廢料（鎳、鐵、鈣、鎂合金為主）制取草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O），再高溫煅燒草酸鎳制取三氧化二鎳．鎳廢料加入酸溶解后過濾得到濾液中含有亞鐵離子、鈣離子、鎂離子、鎳離子，加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉溶液調節(jié)溶液的PH，使鐵離子全部沉淀，過濾后的濾液在加入NH₄F沉淀鈣離子和鎂離子，過濾得到溶液含有鎳離子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸鎳，蒸發(fā)濃縮結晶析出晶體為目標產物NiC₂O₄•2H₂O，
（1）過濾時用玻璃棒進行引流；
（2）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，依據電荷守恒和原子守恒，加入Na₂CO₃溶液調pH至4.0〜4.5，促進鐵離子水解形成氫氧化鐵沉淀；氟化鈣、氟化鎂難溶于水；
（3）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再發(fā)生氧化還原反應（Ni由+2價升高到+3價，則C由+3價降低到+2價，題中要求生成混合氣體，則另一氣體為CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合價升降相等配平；
（4）Cl由+1價降低到-1價，Ni由+2價升高到+3價，利用化合價升降相等可配平ClO^-、Ni（OH）₂、Cl^-、Ni₂O₃的系數，再利用H原子守恒配平水的系數，最后可利用O原子檢查配平是否正確；依據化學方程式和元素守恒計算得到；
（5）依據（4）的計算結果和原子守恒分析寫出化學式．

解答 解：（1）過濾時用玻璃棒進行引流，故答案為：引流；
（2）加雙氧水的目的是把Fe²⁺氧化生成Fe³⁺，加入碳酸鈉溶液的作用是中和過多的H⁺，調節(jié)pH，促進鐵離子水解沉淀完全，再加入NH₄F的目的是除去鈣離子、鎂離子，使最后加草酸時生成草酸鎳沉淀；
故答案為：調節(jié)pH，促進鐵離子水解沉淀完全；除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（3）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再發(fā)生氧化還原反應（Ni由+2價升高到+3價，則C由+3價降低到+2價，題中要求生成混合氣體，則另一氣體為CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合價升降相等，Ni：升高2×（3-2），C：升高1×（4-3），C：降低：3×（3-2），配平方程式為：2NiC₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
故答案為：2NiC₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
（4）Cl由+1價降低到-1價，Ni由+2價升高到+3價，利用化合價升降相等可配平ClO^-、Ni（OH）₂、Cl^-、Ni₂O₃的系數，再利用H原子守恒配平水的系數，最后可利用O原子檢查配平是否正確，得到離子方程式為：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；
 ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O
  1                2
n（ClO^-）   a mol 
則n（ClO^-）=0.5 a mol
   Cl₂+2OH^-═ClO^-+Cl^-+H₂O
0.8n（Cl₂）     0.5 a mol 
則n（Cl₂）=0.625 a mol
進行電解時：2Cl^--2e^-═Cl₂↑
                 2                  1
              n（e^-）      0.625 a mol 
則n（e^-）=1.25a mol；
故答案：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；1.25a mol；
（5）0.2 mol水的質量為3.6g，則m（Ni₂O₃）=20.2 g-3.6g=16.6g，n（Ni₂O₃）=0.1mol，即：n（Ni₂O₃）：n（H₂O）=0.1mol：0.2 mol=1：2，再利用原子守恒寫成結晶水合物的形式，“1mol該物質中含有0.5 mol結晶水”，即NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O或整合成：2NiOOH•H₂O．
故答案為：NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O 或2NiOOH•H₂O．

點評 本題考查了流程分析推斷，實驗操作步驟的分析判斷，化學方程式計算和電解原理分析應用，題目綜合性較大，題目難度較大．