Question

[選修2-化學與技術]
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．已知草酸的鈣、鎂、鎳鹽均難溶于水．根據工藝流程示意圖回答問題．

（1）操作1為

 

；
（2）生產過程中多次進行過濾，實驗室進行過濾操作中需用到玻璃棒，下列實驗操作中，玻璃棒的作用完全相同的是

 

（填選項字母）；
①配制0.1mol/L的H₂SO₄溶液
②測定Na₂CO₃溶液的pH
③用KI淀粉試紙檢驗溶液中氧化性離子
④加熱食鹽溶液制備NaCl晶體
⑤配制20%的KNO₃溶液
A．①⑤B．②③C．④⑤D．①④
（3）加入H₂O₂發生的主要反應的離子方程式為

 

；加入Na₂CO₃溶液調pH至4.0?4.5，其目的為

 

；加入NH₄F后除掉的雜質是

 

；
（4）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Ni₂O₃，同時獲得混合氣體．草酸鎳受熱分解的化學方程式為

 

；
（5）工業上還可用電解法制取Ni₂O₃．用NaOH溶液調節NiCl₂溶液的pH至7.5，加入適量Na₂SO₄后采用惰性電極電解．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．ClO^-氧化Ni（OH）₂生成Ni₂O₃的離子方程式為

 

．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為

 

；
（6）電解法制取Ni₂O₃的實際過程中，有時獲得一種結晶水合物，巳知含1mol Ni的該物質中含有0.5mol結晶水．取該化合物20.2g進行充分加熱，獲得Ni₂O₃固體和0.2mol水，則該結晶水合物的化學式為

 

．

Answer 1

分析：（1）鎳廢料中主要是鎳、鐵、鈣、鎂合金為主，操作Ⅰ是酸溶后過濾，溶解金屬，除去不溶物；
（2）①配制O.1mol/L的H₂SO₄溶液，攪拌引流作用；
②測定Na₂CO₃溶液的pH，玻璃棒蘸取溶液滴在pH試紙上測定；
③用KI淀粉試紙檢驗溶液中氧化性離子，玻璃棒蘸取溶液滴在KI淀粉試紙上測定；
④加熱食鹽溶液制備NaCl晶體，玻璃棒攪拌避免局部受熱固體飛濺；
⑤配制20%的KNO₃溶液，玻璃棒攪拌加速溶解；
（3）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；
（4）草酸鎳（NiC₂O₄?2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再發生氧化還原反應（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；
（5）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；
（6）依據（5）計算和原子守恒分析寫出化學式；

解答：解：（1）分析框圖：“酸溶”生成含鎳、鐵、鈣、鎂離子的溶液，加酸溶解，溶解金屬，除去不溶物過濾；
故答案為：溶解金屬，除去不溶物；
（2）①配制O.1mol/L的H₂SO₄溶液，攪拌引流作用；
②測定Na₂CO₃溶液的pH，玻璃棒蘸取溶液滴在pH試紙上測定；
③用KI淀粉試紙檢驗 溶液中氧化性離子，玻璃棒蘸取溶液滴在KI淀粉試紙上測定；
④加熱食鹽溶液制備NaCl晶體，玻璃棒攪拌避免局部受熱固體飛濺；
⑤配制20%的KNO₃溶液，玻璃棒攪拌加速溶解；
所以②③和④⑤符合；
故答案為：BC．
（3）加雙氧水的目的是氧化生成Fe³⁺，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，加入碳酸鈉溶液的作用是調節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，故最后加草酸時生成草酸鎳沉淀；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，促進鐵離子水解沉淀完全，Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）草酸鎳（NiC₂O₄?2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再發生氧化還原反應（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

高溫  .

Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
故答案為：2NiC₂O₄

高溫  .

Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
（5）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：1.25a mol；
（6）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?

1

2

H₂O或整合成：2NiOOH?H₂O；
故答案為：NiOOH?

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，難度較大．