Question

10．三氧化二鎳（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．工藝流程圖如所示．

請回答下列問題：
（1）操作Ⅰ為加酸溶解，過濾．
（2）①加入H₂O₂發生的主要反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②加入碳酸鈉溶液調pH至4.0～5.0，其目的為促進鐵離子水解沉淀完全；
（3）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒，可制得Ni₂O₃，同時獲得混合氣體．NiC₂O₄受熱分解的化學方程式為2NiC₂O₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑．
（4）工業上還可用電解法制取Ni₂O₃，用NaOH溶液調NiCl₂溶液的pH至7.5，加入適量Na₂SO₄后利用惰性電極電解．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ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O．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1.25a mol．
（5）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時，NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，該電池反應的化學方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．

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），在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，過濾得到溶液含有捏離子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸鎳，蒸發濃縮結晶析出晶體為目標產物NiC₂O₄•2H₂O，
（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）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；
（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；
（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）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，發生還原反應，則Al發生氧化反應，堿性條件下得到NaAlO₂，配平書寫方程式．

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：加酸溶解，過濾；
（2）①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，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②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，
故答案為：促進鐵離子水解沉淀完全；
（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，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）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，發生還原反應，則Al發生氧化反應，堿性條件下得到NaAlO₂，該電池反應的化學方程式是：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂，
故答案為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．

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．