Question

【题目】三氧化二镍(Ni2O3)是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料。工业上利用含镍废水(镍主要以NiR2络合物形式存在)制取草酸镍(NiC2O4)，再高温灼烧草酸镍制取三氧化二镍。工艺流程如图所示：

已知：①NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)(R-为有机物配体，K=1.6×10-14)

②Ksp[Fe(OH)3]=2.16×10-39，Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15

③Ka1(H2C2O4)= 5.6×10-2，Ka2(H2C2O4)= 5.4×10-5

④“脱络”过程中，R-与中间产物·OH反应生成·R(有机物自由基)，·OH能与H2O2发生反应。有关反应的方程式如下：

i．Fe2++H2O2=Fe3++OH-+·OH

ii．R-+·OH = OH-+·R

iii．H2O2+2·OH=O2↑+2H2O

请回答下列问题：

(1)中间产物·OH的电子式是________

(2)“沉铁”时，若溶液中c(Ni2+)=0.01mol·L-1，加入碳酸钠调溶液的pH为________(假设溶液体积不变，lg6≈0.8)使Fe3+恰好沉淀完全(离子的浓度≤1.0×10-5mol·L-1)，此时________(填“有”或“无”)Ni(OH)2沉淀生成。

(3)25℃时，pH=3的草酸溶液中c(C2O42-)/c(H2C2O4)________(保留两位有效数字)。“沉镍”即得到草酸镍沉淀，其离子方程式是________

(4)“灼烧”氧化草酸镍的化学方程式为_______________________________。

(5)加入Fe2+和H2O2能够实现“脱络”的原因是________。

(6)三氧化二镍能与浓盐酸反应生成氯气，写出反应的离子方程式________________。

Answer 1

【答案】 2.8 无 3.02 Ni2+ +H2C2O4 = NiC2O4↓ + 2H+ 4NiC2O4 +3O22Ni2O3 +8CO2↑ Fe2+和H2O2发生反应生成·OH，·OH将R-转化成·R，c(R-)减小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正向移动，实现“脱络” Ni2O3 +6H+ +2Cl- = 2Ni2+ +Cl2↑ +3H2O

【解析】

（1）·OH有一个孤电子，据此书写其电子式；

（2）根据氢氧化铁的溶度积，计算要使Fe3+恰好沉淀完全所需的c(OH)，进而计算得出其pH值，再根据Ni2+与溶液中c(OH)的平方的乘积与Ksp[Ni(OH)2]比较，得出溶液中是否有沉淀生成；

（3）依据二元弱酸草酸的两步电离平衡常数表达式方程式列式计算；流程中加入草酸后变为草酸镍，据此作答；

（4）“灼烧”过程产生了Ni2O3，依据氧化还原反应规律书写化学方程式；

（5）依据给定条件④，Fe2+和H2O2发生反应生成·OH，·OH将R-转化成·R，c(R-)减小，考虑平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)移动情况分析作答；

（6）根据得失电子数守恒书写其化学方程式。

（1）·OH有一个孤电子，核外为9个电子，其电子式为：；

（2）Ksp[Fe(OH)3]=2.16×10-39，则使Fe3+恰好沉淀完全所需的c(OH) = = 6 ×10-12，此时溶液的pH = -lgc(H+) = -lg = 2 +lg6 = 2.8，因溶液中c(Ni2+)=0.01mol·L-1，则c(Ni2+)×c2(OH) = 0.01mol·L-1×(6×10-12)2 = 3.6×10-25 < Ksp[Ni(OH)2]，因此无Ni(OH)2沉淀，

故答案为：2.8；无；

（3）草酸在水溶液中发生电离，第一电离方程式为：H2C2O4H+ + HC2O4－，其电离平衡常数Ka1(H2C2O4) = ，同理第二步电离方程式为：HC2O4－H+ + C2O42－，其电离平衡常数Ka2(H2C2O4) = , c(C2O42-)/c(H2C2O4) = × × = Ka2(H2C2O4)× Kal(H2C2O4)× = 5.4×10-5 × 5.6×10-2 ×3.02，沉镍过程加入草酸，其离子方程式为：Ni2+ +H2C2O4 = NiC2O4↓ + 2H+，

故答案为：3.02；Ni2+ +H2C2O4 = NiC2O4↓ + 2H+；

（4）“灼烧”氧化草酸镍生成Ni2O3，C元素以稳定的二氧化碳形式生成，O元素化合价降低，其化学方程式可表示为：4NiC2O4 +3O22Ni2O3 +8CO2↑，

故答案为：4NiC2O4 +3O22Ni2O3 +8CO2↑；

（5）根据已知信息可知，Fe2+和H2O2会发生反应生成·OH，·OH将R-转化成·R，c(R-)减小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正向移动，实现“脱络”，

故答案为：Fe2+和H2O2发生反应生成·OH，·OH将R-转化成·R，c(R-)减小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正向移动，实现“脱络”；

（6）三氧化二镍能与浓盐酸反应生成氯气，镍元素以Ni2+形式存在于溶液中，其离子方程式为：Ni2O3 +6H+ +2Cl- = 2Ni2+ +Cl2↑ +3H2O

故答案为：Ni2O3 +6H+ +2Cl- = 2Ni2+ +Cl2↑ +3H2O。