Question

5．镍粉常用于各种高光泽装饰漆和塑料生产，也常用作催化剂．
I、【镍粉制备】：
工业用电解镍新液（主要含NiSO₄、NiCl₂）制备碱式碳酸镍晶体xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O，并利用其制备镍粉的流程如下：

（1）反应器中的一个重要反应为3NiSO₄+3Na₂CO₃+2H₂O=NiCO₃•2Ni（OH）₂+3Na₂SO₄+2X，X的化学式为CO₂．
（2）物料在反应器中反应时需要控制反应条件．分析下图，反应器中最适合的温度及pH分别为55℃、8.3．

（3）生产中，pH逐渐增加，生成Ni（OH）₂含量也相对增加，则生成的碱式碳酸镍晶体中，镍的含量将升高（填“升高”、“降低”或“不变”）．
（4）操作1的名称是过滤，实验室完成此操作，需要的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒及漏斗，其中玻璃棒的作用是引流．
（5）固体洗涤时，需用纯水洗涤，检验其洗涤干净的试剂是BaCl₂溶液或Ba（NO₃）₂溶液或Ba（OH）₂溶液．
（6）气体Y是空气中含量最多的气体，其是氮气（填名称）．
（7）操作2含过滤、水洗、95%酒精浸泡、晾干等操作，其中用95%酒精浸泡的目的是便于快速晾干．
II、【测定碱式碳酸镍晶体的组成】：
为测定碱式碳酸镍晶体（xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O）组成，某小组设计了如下实验方案及装置：
【资料卡片】：
1、碱式碳酸镍晶体受热会完全分解生成NiO、CO₂及H₂O．
2、400℃左右，NiO会氧化生成Ni₂O₃．
3、碱石灰是NaOH及CaO的混合物，可以吸收CO₂和H₂O．
【实验步骤】：

	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

①检查装置气密性；②准确称取3.77g xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O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，称量装置C、D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，缓缓通空气一段时间；⑥准确称量装置C、D的质量；⑦根据数据进行计算（相关数据如右表）．
【实验分析及数据处理】：
（8）完善实验步骤中的填空：①检查装置气密性；⑤缓缓通空气一段时间．
（9）计算xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O中x：y：z的值1：2：4．
（10）左侧通空气的目的是排尽装置中原有的CO₂和水蒸气、将装置B中的CO₂和水蒸气完全排出．
【实验反思】：
（11）实验结束后，称得装置B中残留固体质量为2.33g．请通过计算确定残留固体的组成及各成分的质量（2分，写出计算过程，精确到小数点后两位）．剩余NiO质量为1.5g，生成Ni₂O₃ 0.83g．．

Answer 1

分析 根据给出的转化关系对应的过程分析每个对应的问题，或者直接分析每个问题，从给出的信息中找对应的信息．

解答 解：
（1）反应器中的一个重要反应为3NiSO₄+3Na₂CO₃+2H₂O=NiCO₃•2Ni（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．
（2）
物料在反应器中反应时需要控制反应条件．根据图可知，在55℃时杂质含量最低，在pH=8.3时各种杂质相对最少，所以反应器中最适合的温度及pH分别为 55℃、8.3．
（3）生产中，pH逐渐增加，生成Ni（OH）₂含量也相对增加，由于在氢氧化镍中镍元素含量比在纯净的碱式碳酸镍中高，所以随着氢氧化镍的含量相对增加，则生成的碱式碳酸镍晶体中，镍的含量将 升高．
（4）操作1是实现难溶性固体和液体分离的，在实验室中该操作为过滤（也可以根据操作结果为滤液得出此操作为过滤）．实验室完成过滤操作时，需要的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒及 漏斗，其中玻璃棒的作用是 引流．
（5）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．
（6）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）．
（7）操作2含过滤、水洗、95%酒精浸泡、晾干等操作，由于酒精易挥发，所以用95%酒精浸泡的目的是 便于快速晾干．
II、【测定碱式碳酸镍晶体的组成】：
 （8）完善实验步骤中的填空：①检查装置气密性（保证后续数据准备和实验的安全顺利进行）；⑤缓缓通空气一段时间（将装置内二氧化碳和水蒸气完全排出，使测定结果更准确，计算结果更准确．
（9）水的质量为201.08g-200g=1.08g
二氧化碳的质量为180.44g-180h=0.44g
由于发生的是分解反应，所以生成的NiO的质量为3.77g-1.08g-0.44g=2.25g
则分解反应中水、二氧化碳和NiO的系数比（也就是分子个数比）为$\frac{1.08g}{18}$：$\frac{0.44g}{44}$：$\frac{2.25g}{77}$=6：1：3
即：xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6H₂O↑+1CO₂↑+3NiO
可得x=1
y=2
z=4
即xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O中x：y：z的值 1：2：4．
（10）左侧通空气的目的是 开始是为了排尽装置中原有的CO₂和水蒸气，避免装置内的二氧化碳和水蒸气造成数据干扰；反应后是为了将装置B中的CO₂和水蒸气完全排出，使计算结果更准确．
【实验反思】：
（11）根据关系式以及 xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O的质量为3.77g可得
NiCO₃•2Ni（OH）₂•4H₂O～～～3NiO～～～3Ni～～～3O
3.77 225 177 48
3.77g 2.25g 1.77g 0.48g
∵装置B中残留固体质量为2.33g
∴残留固体中O元素质量为2.33g-1.77g=0.56g，大于0.48g
残留固体中Ni、O元素质量比为1.77g：0.56g=177：56
而NiO及Ni₂O₃中Ni、O元素质量比分别为177：48、177：72，故残留固体为NiO和Ni₂O₃的混合物．
残留固体质量增加2.33g-2.25g=0.08g，是和NiO反应的O₂质量
设与氧气反应的NiO质量为x 生成的Ni₂O₃质量为y
4 NiO+O₂ $\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2Ni₂O₃
300      32                332
x         0.08g             y
$\frac{300}{x}$=$\frac{32}{0.08g}$=$\frac{332}{y}$
x=0.75g
y=0.83g
剩余NiO质量为2.25g-0.75g=1.5g，生成Ni₂O₃ 0.83g．
故答案为：
（1）CO₂；
（2）55；    8.3；
（3）升高；
（4）过滤；    漏斗；    引流；
（5）BaCl₂溶液或Ba（NO₃）₂溶液或Ba（OH）₂溶液（答AgNO₃溶液不给分，因为洗涤液中Cl^-含量很低）；
（6）氮气（填化学式不给分）；
（7）便于快速晾干；
（8）①检查装置气密性；   ②缓缓通空气一段时间；
（9）1：2：4；
（10）排尽装置中原有的CO₂和水蒸气；  将装置B中的CO₂和水蒸气完全排出；
（11）根据关系式以及 xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O的质量为3.77g可得
NiCO₃•2Ni（OH）₂•4H₂O～～～3NiO～～～3Ni～～～3O
3.77                                           225             177        48
3.77g                                         2.25g         1.77g       0.48g
∵装置B中残留固体质量为2.33g
∴残留固体中O元素质量为2.33g-1.77g=0.56g，大于0.48g
残留固体中Ni、O元素质量比为1.77g：0.56g=177：56
而NiO及Ni₂O₃中Ni、O元素质量比分别为177：48、177：72，故残留固体为NiO和Ni₂O₃的混合物．
残留固体质量增加2.33g-2.25g=0.08g，是和NiO反应的O₂质量
设与氧气反应的NiO质量为x 生成的Ni₂O₃质量为y
4 NiO+O₂ $\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2Ni₂O₃
300     32              332
x       0.08g            y
$\frac{300}{x}$=$\frac{32}{0.08g}$=$\frac{332}{y}$
x=0.75g
y=0.83g
剩余NiO质量为2.25g-0.75g=1.5g，生成Ni₂O₃ 0.83g．

点评 读图，从中获得解答题目所需的信息，所以在解答题目时先看解答的问题是什么，然后带着问题去读给出的图进而去寻找解答有用的信息，这样提高了信息扑捉的有效性．解答的问题实际上与复杂的转化图相比，其实很简单很基础，或者可以说转化图提供的是情境，考查基本知识．