Question

【题目】三氧化二镍(Ni2O3)是一种重要的化学材料。工业上利用含镍废料（镍、铁、 钙、镁合盒为主）制取草酸镍(NiC2O4)．再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。（已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶干水。）工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

(1)操作I为____。加入H2O2发生的主要反应的离子方程式为_____；加入碳酸钠溶液调节pH至4.0一5.0，其目的为______。

(2)若加入NH4F时滤液中c(Mg2+)=0.02 mol/L，设溶液体积不变，使滤液中Ca2+恰好沉淀完全，即溶液中c(Ca2+ )=1×10-5mol/L，判断此时是否有MgF2沉淀生成并加以解释：___。（已知CaF2、MgF2的Ksp分别为2.5×10-12、7.4×10-11）

(3)草酸镍高温煅烧，可制得Ni2O3，同时获得混合气体，该混合气体的主要成分为____。

(4)工业上还可用电解法制取N12O3，用NaOH溶液调节NiCl2溶液的pH至7.5，加入适量Na2SO4后用惰性电极电解。电解过程中产生的Cl2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____。以Al和Ni2O3为电极，NaOH溶液为电解质溶液组成一种新型电池，放电时，Ni2O3转化为Ni(OH)2，该电池反应的化学方程式是____。

(5) Ni2O3还可用于制备合成氨的催化剂ConNi（1-n）Fe2O4。在其他条件相同时合成氨的相对初始速率随催化剂中n值变化的曲线如图，由图可知Co2+、Ni2+两种离子中催化效果更好的是____。

Answer 1

【答案】 加酸溶解，过滤 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 调节pH，促进铁离子水解，沉淀完全 有沉淀生成；Ksp(CaF2)=c(Ca2+)c2(F-)=1×10-5mol/Lc2(F-)=2.5×10-12, c2(F-)=2.5×10-7;c(Mg2+)=0.02 mol/L，Q(MgF2)=c(Mg2+)c2(F-)=0.02 mol/L×2.5×10-7=5.0×10-9>7.4×10-11=Ksp(MgF2) CO、CO2 ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2 Co2+

【解析】（1）分析工艺流程图可知，含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主），要使之变成离子，应该加酸溶解金属，再除去不溶物，所以操作Ⅰ为加酸溶解，过滤；加双氧水的目的是氧化Fe2＋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； （2）Ksp(CaF2)=c(Ca2+ )c2(F-)=1×10-5mol/Lc2(F-)=2.5×10-12, c2(F-)=2.5×10-7;c(Mg2+)=0.02 mol/L，Q(MgF2)=c(Mg2+ )c2(F-)=0.02 mol/L×2.5×10-7=5.0×10-9>7.4×10-11= Ksp(MgF2)，故有沉淀生成；（3）草酸镍（NiC2O42H2O）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，因为生成了混合气体，则另一气体为CO2，所以反应生成Ni2O3、CO、CO2，故该混合气体的主要成分为CO、CO2；（4）ClO－具有氧化性，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，得到的离子方程式为ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O；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，Ni的化合价由+3价降低到+2价，则正极反应为3NiO(OH)+3e－+3H2O=3Ni(OH)2+3OH－，负极是Al失电子生成NaAlO2，负极电极反应为Al-3e－+4OH－=AlO2-+2H2O，正、负极相加得电池的总反应，则该电池反应的化学方程式是Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2；（5）由图可知，随n值越大，合成氨的相对初始速率越大，而n增大，Co2+的比例增大，故Co2+的催化活性更高。