Question

【题目】目前全世界的镍(Ni)消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。镍常用于各种高光泽装饰漆和塑料生产，也常用作催化剂。可以说镍行业发展蕴藏着巨大的潜力。

Ⅰ制备草酸镍

工业上可利用含镍合金废料(除镍外，还含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等杂质)制取草酸镍(NiC2O4)。

根据下列工艺流程图回答问题：

（资料卡片1）

(1)过氧化氢(H2O2)俗称双氧水，是一种液体，受热易分解，可用于实验室制取氧气；过氧化氢具有强氧化性，所以常作为氧化剂、漂白剂和消毒剂。

(2)氧化反应可以从元素化合价升降的角度进行物质所含元素化合价升高的反应就是氧化反应。

(3)金属镍的化学性质类似于铁，与盐酸反应能生成氯化镍(NiCl2)。

(1)“酸溶”之后的滤渣中含有的金属是_______________。

(2)写出酸溶过程中Ni与盐酸反应的化学方程式_________________________。

(3)加H2O2时，温度不能太高，其原因是_______________________。若H2O2在“酸溶”步骤即与盐酸同时加入，则与原方案相比滤液中会增加的金属离子是Cu2+和_______(写离子符号)。

(4)已知Na2C2O4溶液加入NiCl2溶液发生复分解反应，写出该反应的化学方程式____________。

Ⅱ制备镍粉

工业用电解镍液(主要含NiSO4)制备碱式碳酸镍晶体xNiCO3yNi(OH)2zH2O，并利用其制备镍粉，过程如下：

(5)反应器1中的一个重要反应为3NiSO4+3Na2CO3+2H2O NiCO32Ni(OH)2+3Na2SO4+2X，X的化学式为_________。

(6)反应器1的出料口获得的固体洗涤时，需用纯水洗涤，可以用来检验固体已洗涤干净的试剂是____________。

(7)反应器2中产生的气体Y是空气中含量最多的气体，该气体是_________(填名称)。

Ⅲ 测定碱式碳酸镍晶体的组成

为测定碱式碳酸镍晶体（xNiCO3yNi(OH)2zH2O）组成，某小组设计了如下实验方案及装置：

（资料卡片2）

(1)碱式碳酸镍晶体受热会完全分解生成NiO、CO2及H2O

(2)在温度控制不当导致温度过高时，NiO会被氧化成Ni2O3

(3)碱石灰是NaOH及CaO的混合物，可以吸收CO2和H2O

（实验步骤）

①检查装置气密性；②准确称取3.77g碱式碳酸镍晶体（xNiCO3yNi(OH)2zH2O）放在B装置中，连接仪器；③打开弹簧夹a，鼓入一段时间空气，分别称量装置C、D、E的质量；④关闭弹簧夹a，加热装置B至装置C中导管末端无气泡冒出；⑤打开弹簧夹a，缓缓鼓入一段时间空气；⑥分别准确称量装置C、D、E的质量；⑦根据数据进行计算(相关数据如下表)。

	装置C/g	装置D/g	装置E/g
加热前	200.00	180.00	180.00
加热后	201.08	180.44	180.00

（实验分析及数据处理）

8)实验过程中步骤⑤鼓入空气的目的是__________________。

(9)计算3.77g碱式碳酸镍晶体（xNiCO3yNi(OH)2zH2O）中镍元素的质量_________(写出计算过程，计算结果准确到小数点后两位)。

（实验反思）

(10)另一小组同学在实验中发现，实验结束后，称得装置B中残留固体质量明显偏大，老师带领全组同学经过仔细分析后发现，这是由于该组同学加热时在酒精灯上加了铁丝网罩，温度过高所导致。请问该组同学称得的残留固体中镍元素的质量分数可能是__________。

A.70.08% B.75.88% C.78.67% D.79.58%

Answer 1

【答案】铜(Cu) Ni+2HCl=NiCl2+H2↑防止过氧化氢受热分解Fe3+Na2C2O4+ NiCl2=NiC2O4+ 2NaCl CO2 BaCl2(合理即可) 氮气 将装置内水蒸气和二氧化碳完全排除，被装置C、D充分吸收 3.77g-1.08g-0.44g=2.25g 2.25g××100%=1.77gB

【解析】

（1）镍合金废料中还含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等杂质，“酸溶”之后可得氯化镍，所以滤渣中含有的金属是不与盐酸反应的铜；

（2）镍和盐酸反应生成氯化镍和氢气，化学方程式为：Ni+2HCl=NiCl2+H2↑；

（3）由资料可知，过氧化氢(H2O2)俗称双氧水，是一种液体，受热易分解，所以加H2O2时，温度不能太高，防止过氧化氢受热分解；过氧化氢具有强氧化性，若H2O2在“酸溶”步骤即与盐酸同时加入，则将铜氧化同时生成Cu2+，将铁氧化生成Fe3+；

（4）Na2C2O4溶液加入NiCl2溶液发生复分解反应，交换成分生成NaCl和NiC2O4，化学方程式为：Na2C2O4+ NiCl2=NiC2O4+ 2NaCl；

（5）反应器中的一个重要反应为3NiSO4+3Na2CO3+2H2O=NiCO32Ni（OH）2+3Na2SO4+2X，反应前Ni原子共3个、S原子共3个、O原子共23个、Na原子6个、C原子3个、H原子4个，反应后现有：Ni原子3个、S原子共3个、O原子共19个、Na原子6个、C原子1个、H原子4个，少O原子4个，C原子2个，而这些微粒包含在2个X分子中，所以X的化学式为 CO2；

（6）固体洗涤时，需用纯水洗涤，洗涤只要是除去表面附着的硫酸钠的，所以检验是否洗涤干净就是检验是否留硫酸根离子的残留，用含钡离子的可溶性溶液即可，可以是钡盐也可以是钡碱；

（7）气体Y是空气中含量最多的气体，空气中氮气占体积的大约五分之四，所以是氮气；

（8）反应后鼓入空气的目的是为了将装置B中的CO2和水蒸气完全排出，被装置C、D充分吸收，使计算结果更准确；

（9）碱式碳酸镍晶体受热会完全分解生成NiO、CO2及H2O，由题意可知，装置C 增加的质量为B中生成水的质量，即201.08g-200.00g=1.08g，装置D增加的质量为B中生成二氧化碳的质量，即180.44g-180.00g=0.44g ，所以反应后生成氧化镍的质量为3.77g-1.08g-0.44g=2.25g ，由质量守恒定律可知，故碱式碳酸镍晶体中镍元素的质量2.25g××100%=1.77g；

（10）在温度控制不当导致温度过高时，NiO会被氧化成Ni2O3，所以当产物为全部为NiO时，残留固体中镍元素的质量分数为 ×100%≈78.67%，所以当产物为全部为Ni2O3时，残留固体中镍元素的质量分数为 ×100%≈71.08%，所以残留固体中镍元素的质量分数在71.08%～78.67%之间。故填B。