Question

【題目】三氧化二鎳(Ni2O3)是一種重要的電子元件材料和蓄電池材料。工業上利用含鎳廢水(鎳主要以NiR2絡合物形式存在)制取草酸鎳(NiC2O4)，再高溫灼燒草酸鎳制取三氧化二鎳。工藝流程如圖所示：

已知：①NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)(R-為有機物配位體，K=1.6×10-14)

②Ksp[Fe(OH)3] =2.16×10-39， Ksp[Ni(OH)2] =2×10-15

③Ka1(H2C2O4)=5.6×10-2，Ka2(H2C2O4)=5.4×10-5

④“脫絡”過程中，R-與中間產物·OH反應生成·R(有機物自由基)，·OH能與H2O2發生反應。有關反應的方程式如下：

i.Fe2++H2O2=Fe3++OH－+·OH.

ii.R-+·OH=OH-+·R

iii.H2O2+2OH=O2↑+2H2O

請回答下列問題：

(1)中間產物·OH的電子式是_______。

(2)“沉鐵”時，若溶液中c(Ni2+)=0.01 mol/L，加入碳酸鈉調溶液的pH為______(假設溶液體積不變，1g6≈0.8)使Fe 3+恰好沉淀完全(離子的濃度≤1.0×10-5 mol/L)，此時_____（填“有”或“無”）Ni(OH)2沉淀生成。

(3)25℃時pH=3的草酸溶液中=____________(保留兩位小數)。“沉鎳”即得到草酸鎳沉淀，其離子方程式是____________。

(4)加入Fe2+和H2O2能夠實現“脫絡”的原因是____________。

(5)工業上還可用電解NiCl2等混合溶液的方法制取三氧化二鎳。電解過程中ClO-把Ni(OH)2氧化為三氧化二鎳。寫出該反應的離子方程式：____________。

Answer 1

【答案】 2.8 無 3.02 Ni2++H2C2O4=NiC2O4↓+2H+ Fe2+和H2O2發生反應產生·OH，·OH將R-轉化為·R，c(R-)減小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正反應方向移動，實現“脫絡” ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O

【解析】

Fe2+與H2O2反應產生中間產物OH、Fe3+、OH-，含鎳廢水NiR2在“脫絡”過程中R-與中間產物OH反應產生R和OH-，然后向溶液中加入Na2CO3，發生鹽的雙水解反應產生Fe(OH)3沉淀和CO2氣體，過濾后向濾液中價態草酸，發生反應產生NiC2O4沉淀，然后灼燒NiC2O4與O2反應產生Ni2O3、CO2氣體。

(1)中間產物OH由氧原子與氫原子之間形成一對共用電子對，電子式為：；

(2)“沉鐵”時，鐵離子沉淀完全，根據Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)=2.16×10-39，則c(OH-)= mol/L=6×10-12 mol/L，故c(H+)=×10-2 mol/L，所以此時pH=-lg c(H+)=2+lg6=2.8；溶液中c(Ni2+)=0.01 mol/L，則Qc[Ni(OH)2]=0.01 mol/L×(6×10-12 mol/L)2<Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15，因此此時無Ni(OH)2沉淀生成；

(3)25℃時，pH=3的草酸溶液中=3.02；“沉鎳”即鎳離子與草酸得到草酸鎳沉淀，離子方程式為：Ni2++H2C2O4=NiC2O4↓+2H+；

(4)加入Fe2+和H2O2能夠實現“脫絡”的原因是是Fe2+和H2O2發生反應生成OH，OH將R-轉化為R，c(R-)減小，使平衡使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正反應方向移動，實現“脫絡”；

(5)工業上還可用電解NiCl2等混合溶液的方法制取三氧化二鎳。電解過程中ClO-把Ni(OH)2氧化為Ni2O3，ClO-被還原產生Cl-。根據電子守恒、電荷守恒及原子守恒，可得該反應的離子方程式為：ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O。