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分析：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%=1.77g B

【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。