Question

10．三氧化二镍（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．工艺流程图如所示．

请回答下列问题：
（1）操作Ⅰ为加酸溶解，过滤．
（2）①加入H₂O₂发生的主要反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②加入碳酸钠溶液调pH至4.0～5.0，其目的为促进铁离子水解沉淀完全；
（3）草酸镍（NiC₂O₄•2H₂O）在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧，可制得Ni₂O₃，同时获得混合气体．NiC₂O₄受热分解的化学方程式为2NiC₂O₄ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑．
（4）工业上还可用电解法制取Ni₂O₃，用NaOH溶液调NiCl₂溶液的pH至7.5，加入适量Na₂SO₄后利用惰性电极电解．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ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O．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1.25a mol．
（5）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时，NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，该电池反应的化学方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．

Answer 1

分析 流程分析，镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主）制取草酸镍（NiC₂O₄•2H₂O），在高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍．镍废料加入酸溶解后过滤得到滤液中含有亚铁离子、钙离子、镁离子、镍离子，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液的PH，使铁离子全部沉淀，过滤后的滤液在加入NH₄F沉淀钙离子和镁离子，过滤得到溶液含有捏离子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸镍，蒸发浓缩结晶析出晶体为目标产物NiC₂O₄•2H₂O，
（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）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；
（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；
（4）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；
（5）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，发生还原反应，则Al发生氧化反应，碱性条件下得到NaAlO₂，配平书写方程式．

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：加酸溶解，过滤；
（2）①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，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②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，
故答案为：促进铁离子水解沉淀完全；
（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，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$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
故答案为：2NiC₂O₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
（4）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：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；1.25a mol；
（5）以Al和NiO（OH）为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时NiO（OH）转化为Ni（OH）₂，发生还原反应，则Al发生氧化反应，碱性条件下得到NaAlO₂，该电池反应的化学方程式是：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂，
故答案为：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．

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．