Question

19．Ni元素化合物在生活中有非常重要的應用．納米NiO可以制備超級電容器，NiOOH是制作二次電池的重要材料．現以NiSO₄為原料生產納米NiO和NiOOH流程如圖1：

（1）制備NiOOH過程中，NiSO₄溶液配制方法將NiSO₄固體溶于稀硫酸中，并稀釋至一定濃度；過濾、洗滌后，得到Ni（OH）₂固體，如何證明Ni（OH）₂已經完全洗凈用潔凈的小試管盛接最后一次洗滌液，滴加BaCl₂溶液，若沒有渾濁出現時，說明沉淀已經洗凈；NaClO氧化Ni（OH）₂的離子方程式為ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+2NiOOH+H₂O．
（2）已知Ksp[Ni（OH）₂]=2×10^-15．室溫下，欲加入一定量 NaOH固體使1L 含有0.001mol•L^-1的NiSO₄和0.0001mol•L^-1的H₂SO₄溶液中殘留c（Ni²⁺）≤2×10^-7 mol•L^-1，并恢復至室溫，所加入的NaOH的固體質量至少為0.092 g．
（3）NH₃•H₂O的濃度對納米NiO的產率產生很大影響．圖2為NiSO₄的物質的量一定時，不同的反應物配比對納米氧化鎳收率的影響．請解釋反應物NH₄HCO₃和NiSO₄ 的物質的量比在2.5至4.0時，收率升高的原因HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成．
（4）制備納米 NiO 時，加入一些可溶于水的有機物（如：吐溫-80）能制得更優質的納米材料，原因是吐溫-80分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團聚（聚集），從而緩慢結晶得到顆粒大小均勻的NiO前體．
（5）沉降體積是超細粉體的一個重要參數，若顆粒在液相中分散性好，則沉降體積較�。蝗纛w粒分散性較差，則易引起絮凝沉降體積較大．圖3是吐溫-80 的加入量與前體在液體石蠟中沉降體積的關系曲線．
通過圖3分析，吐溫-80的最佳加入量為1.25 mL．
（6）NiOOH是制備鎳鎘電池的原料，某鎳鎘電池的總反應為Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂
該電池放電時正極電極反應式為NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

Answer 1

分析 （1）配制NiSO₄溶液時要防止鎳離子水解，可以加適量的稀硫酸，通過檢驗固體表面是否有硫酸根離子來證明Ni（OH）₂已經完全洗凈；NaClO氧化Ni（OH）₂生成氯離子和NiOOH，根據電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（2）通過Ksp[Ni（OH）₂]可計算出c（Ni²⁺）≤2×10^-7 mol•L^-1時溶液中氫氧根離子的濃度，據此計算出與NiSO₄反應的氫氧化鈉的物質的量，根據硫酸的物質的量可計算出與硫酸反應的氫氧化鈉的物質的量，兩者之和即為所加入的NaOH的固體的物質的量，再計算出質量；
（3）HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成，所以反應物NH₄HCO₃和NiSO₄ 的物質的量比在2.5至4.0時，收率升高；
（4）制備納米 NiO 時，加入一些可溶于水的有機物（如：吐溫-80），吐溫-80 分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團聚（聚集），從而緩慢結晶得到顆粒大小均勻的NiO前體，所以能制得更優質的納米材料；
（5）根據圖3可知，吐溫-80的最佳加入量為1.25mL時，前體在液體石蠟中沉降體積最小；
（6）根據鎳鎘電池的總反應Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂可知，放電時，Cd是還原劑，在負極發生氧化反應，NiOOH是氧化劑，在正極發生還原反應，據此書寫電極反應式；

解答 解：（1）配制NiSO₄溶液時要防止鎳離子水解，可以加適量的稀硫酸，所以NiSO₄溶液配制方法是將NiSO₄固體溶于稀硫酸中，并稀釋至一定濃度，檢驗Ni（OH）₂已經完全洗凈的方法是用潔凈的小試管盛接最后一次洗滌液，滴加BaCl₂溶液，若沒有渾濁出現時，說明沉淀已經洗凈，NaClO氧化Ni（OH）₂生成氯離子和NiOOH，反應的離子方程式為ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+2NiOOH+H₂O，
故答案為：將NiSO₄固體溶于稀硫酸中，并稀釋至一定濃度；用潔凈的小試管盛接最后一次洗滌液，滴加BaCl₂溶液，若沒有渾濁出現時，說明沉淀已經洗凈；ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+2NiOOH+H₂O；
（2）通過Ksp[Ni（OH）₂]可計算出c（Ni²⁺）≤2×10^-7 mol•L^-1時溶液中氫氧根離子的濃度為1×10^-4 mol•L^-1，所以與NiSO₄反應的氫氧化鈉的物質的量為2×1L×0.001mol•L^-1+1L×1×10^-4 mol•L^-1=0.0021mol，根據硫酸的物質的量可計算出與硫酸反應的氫氧化鈉的物質的量為0.0002mol，所以加入的NaOH的固體的物質的量至少為0.0021mol+0.0002mol=0.0023mol，其質量為質量0.092g，
故答案為：0.092；
（3）HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成，所以反應物NH₄HCO₃和NiSO₄ 的物質的量比在2.5至4.0時，收率升高，
故答案為：HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成；
（4）制備納米 NiO 時，加入一些可溶于水的有機物（如：吐溫-80），吐溫-80 分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團聚（聚集），從而緩慢結晶得到顆粒大小均勻的NiO前體，所以能制得更優質的納米材料，
故答案為：吐溫-80 分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團聚（聚集），從而緩慢結晶得到顆粒大小均勻的NiO前體；
（5）根據圖3可知，吐溫-80的最佳加入量為1.25mL時，前體在液體石蠟中沉降體積最小，
故答案為：1.25；
（6）根據鎳鎘電池的總反應Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂可知，放電時，Cd是還原劑，在負極發生氧化反應，NiOOH是氧化劑，在正極發生還原反應，電極反應式為NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，
故答案為：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

點評 本題考查物質制備方案、物質組成的測定、原電池與電解池原理，題目綜合性強，是對學生綜合能力的考查，明確原理是關鍵，難度中等．