Question

(14分)三氧化二镍是一种重要的电子元件材料、蓄电池材料。工业上利用含镍废料（镍铁钙镁合金为主）制取草酸镍，再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。已知草酸的钙、镁、镍盐难溶于水。根据下列工艺流程示意图回答问题。

(1)生产过程中多次进行过滤。实验室进行过滤操作中用到玻璃棒，玻璃棒的作用是          。

(2)加入过氧化氢后缓慢加入碳酸钠溶液调pH至4.0~4.5左右，加入碳酸钠溶液的作用是                      。再加入NH₄F的目的是                     。

(3)草酸镍（NiC₂O₄·2H₂O）在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧三小时，制得三氧化二镍，同时获得一种混合气体。写出草酸镍受热分解的化学方程式                。

(4)工业上还可用电解法制取三氧化二镍。用NaOH溶液调节NiCl₂溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后采用惰性电极进行电解。电解过程中产生的Cl₂有80%在弱碱性条件下生成ClO^－，再把二价镍氧化为三价镍。写出ClO^－氧化Ni(OH)₂生成三氧化二镍的离子方程式                        。a mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量是      。

(5)电解法制取三氧化二镍实际过程中，有时获得一种结晶水合物，已知1mol该物质中含有0.5 mol结晶水。取该化合物20.2 g进行充分加热，而获得三氧化二镍固体和0.2 mol水，则该结晶水合物的化学式为        。

 

Answer 1

【答案】

（1）引流  (2)调节pH，促进铁离子水解沉淀完全     除去钙离子、镁离子

(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）在过滤操作中玻璃棒的作用是引流，不是搅拌；

（2）分析框图：“酸溶”生成含镍、铁、钙、镁离子的溶液，加双氧水的目的是氧化生成Fe³⁺，加入碳酸钠溶液的作用是调节pH，促进铁离子水解沉淀完全，再加入NH₄F的目的是除去钙离子、镁离子，故最后加草酸时生成草酸镍沉淀；

（3）草酸镍（NiC₂O₄·2H₂O）在热空气中干燥脱水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再发生氧化还原反应（Ni由+2价升高到+3价，则C由+3价降低到+2价，题中要求生成混合气体，则另一气体为CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合价升降相等配平方程式为：

    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价降低到-1价，Ni由+2价升高到+3价，利用化合价升降相等可配平ClO^-、Ni(OH)₂、Cl^-、Ni₂O₃的系数，再利用H原子守恒配平水的系数，最后可利用O原子检查配平是否正确）；

ClO^-+2Ni(OH)₂==Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O

  1    2

n(ClO^-) a mol  则n(ClO^-)=0.5 a mol

Cl₂+2OH^-= ClO^-+ Cl^-+H₂O

0.8n(Cl₂)     0.5 a mol  则n(Cl₂)=0.625 a mol

进行电解时：2Cl^--2e^-=Cl₂↑

                 2   1

               n(e^-)  0.625 a mol  则n(e^-)=1.25a mol；

（5）0.2 mol水的质量为3.6g，则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，再利用原子守恒写成结晶水合物的形式，

“1mol该物质中含有0.5 mol结晶水”，即NiOOH·1/2H₂O或整合成：2NiOOH·H₂O