Question

(14分)三氧化二鎳是一種重要的電子元件材料、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，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         。

(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                     。再加入NH₄F的目的是                    。

(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               。

(4)工業上還可用電解法制取三氧化二鎳。用NaOH溶液調節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                       。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      。

(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0.5 mol結晶水。取該化合物20.2 g進行充分加熱，而獲得三氧化二鎳固體和0.2 mol水，則該結晶水合物的化學式為        。

 

Answer 1

（1）引流  (2)調節pH，促進鐵離子水解沉淀完全     除去鈣離子、鎂離子

(3)2NiC₂O₄  Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑    (4)ClO^-+2Ni(OH)₂==Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O 1.25a mol

(5)NiOOH·1/2H₂O 或2 NiOOH·H₂O

解析:（1）在過濾操作中玻璃棒的作用是引流，不是攪拌；

（2）分析框圖：“酸溶”生成含鎳、鐵、鈣、鎂離子的溶液，加雙氧水的目的是氧化生成Fe³⁺，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；

（3）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方程式為：

    2NiC₂O₄Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑[Ni：升高2×(3-2)，C: 升高1×(4-3)，C:降低：3×(3-2)]

（4）ClO^-+2Ni(OH)₂==Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O（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）；

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；

（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·1/2H₂O或整合成：2NiOOH·H₂O