Question

[选修2-化学与技术]
三氧化二镍（Ni₂O₃）是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料．工业上利用含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主）制取草酸镍（NiC₂O₄?2H₂O），再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍．已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水．根据工艺流程示意图回答问题．

（1）操作1为

 

；
（2）生产过程中多次进行过滤，实验室进行过滤操作中需用到玻璃棒，下列实验操作中，玻璃棒的作用完全相同的是

 

（填选项字母）；
①配制0.1mol/L的H₂SO₄溶液
②测定Na₂CO₃溶液的pH
③用KI淀粉试纸检验溶液中氧化性离子
④加热食盐溶液制备NaCl晶体
⑤配制20%的KNO₃溶液
A．①⑤B．②③C．④⑤D．①④
（3）加入H₂O₂发生的主要反应的离子方程式为

 

；加入Na₂CO₃溶液调pH至4.0?4.5，其目的为

 

；加入NH₄F后除掉的杂质是

 

；
（4）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Ni₂O₃，同时获得混合气体．草酸镍受热分解的化学方程式为

 

；
（5）工业上还可用电解法制取Ni₂O₃．用NaOH溶液调节NiCl₂溶液的pH至7.5，加入适量Na₂SO₄后采用惰性电极电解．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．ClO^-氧化Ni（OH）₂生成Ni₂O₃的离子方程式为

 

．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为

 

；
（6）电解法制取Ni₂O₃的实际过程中，有时获得一种结晶水合物，巳知含1mol Ni的该物质中含有0.5mol结晶水．取该化合物20.2g进行充分加热，获得Ni₂O₃固体和0.2mol水，则该结晶水合物的化学式为

 

．

Answer 1

分析：（1）镍废料中主要是镍、铁、钙、镁合金为主，操作Ⅰ是酸溶后过滤，溶解金属，除去不溶物；
（2）①配制O.1mol/L的H₂SO₄溶液，搅拌引流作用；
②测定Na₂CO₃溶液的pH，玻璃棒蘸取溶液滴在pH试纸上测定；
③用KI淀粉试纸检验溶液中氧化性离子，玻璃棒蘸取溶液滴在KI淀粉试纸上测定；
④加热食盐溶液制备NaCl晶体，玻璃棒搅拌避免局部受热固体飞溅；
⑤配制20%的KNO₃溶液，玻璃棒搅拌加速溶解；
（3）过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，依据电荷守恒和原子守恒，加入Na₂CO₃溶液调pH至4.0?4.5，促进铁离子水解形成氢氧化铁沉淀；氟化钙、氟化镁难溶于水；
（4）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；
（5）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；依据化学方程式和元素守恒计算得到；
（6）依据（5）计算和原子守恒分析写出化学式；

解答：解：（1）分析框图：“酸溶”生成含镍、铁、钙、镁离子的溶液，加酸溶解，溶解金属，除去不溶物过滤；
故答案为：溶解金属，除去不溶物；
（2）①配制O.1mol/L的H₂SO₄溶液，搅拌引流作用；
②测定Na₂CO₃溶液的pH，玻璃棒蘸取溶液滴在pH试纸上测定；
③用KI淀粉试纸检验 溶液中氧化性离子，玻璃棒蘸取溶液滴在KI淀粉试纸上测定；
④加热食盐溶液制备NaCl晶体，玻璃棒搅拌避免局部受热固体飞溅；
⑤配制20%的KNO₃溶液，玻璃棒搅拌加速溶解；
所以②③和④⑤符合；
故答案为：BC．
（3）加双氧水的目的是氧化生成Fe³⁺，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，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；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，促进铁离子水解沉淀完全，Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）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，Ni：升高2×（3-2），C：升高1×（4-3），C：降低：3×（3-2），配平方程式为：2NiC₂O₄

高温  .

Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
故答案为：2NiC₂O₄

高温  .

Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
（5）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，得到离子方程式为：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；
 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；
故答案：1.25a mol；
（6）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

2

H₂O或整合成：2NiOOH?H₂O；
故答案为：NiOOH?

1

2

H₂O 或2NiOOH?H₂O；

点评：本题考查了流程分析推断，实验操作步骤的分析判断，化学方程式计算和电解原理分析应用，题目综合性较大，难度较大．