Question

3．碱式氧化镍（NiOOH）可用作镍氢电池的正极材料．以含镍（Ni²⁺）废液为原料生产NiOOH的一种T艺流程如图1：

（1）加入Na₂CO₃溶液时，确认Ni²⁺已经完全沉淀的实验方法是静置，在上层清液中继续滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，无沉淀生成．过滤时需用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（2）写出碳酸镍与稀硫酸反应的离子方程式：NiCO₃+2H⁺═Ni²⁺+H₂O+CO₂↑．
（3）硫酸镍溶液可用于制备合成氨的催化剂C0Ni_（1-n） Fe₂0₄．如图2表示在其他条件相同时合成氨的相对初始速率随催化剂中w值变化的曲线，由图分析可知Co²⁺、Ni²⁺两种离子中催化效果更好的是Co²⁺．
（4）写出在空气中加热Ni（OH）₂制取NiOOH的化学方程式：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O．
（5）若加热不充分，制得的NiOOH中会混有Ni（OH）₂，其组成可表示为xNiOOH•yNi（OH）₂．现称取9.21g样品溶于稀硫酸，冷却后转入容量瓶并配制成500ml溶液，取出25.00mL，用0.010mol•L^-1的KMnO₄标准溶液滴定，用去KMnO₄标准溶液10.00mL，则x：y=9：1．[已知反应（未配平）：Ni²⁺+MnO₄^-+H⁺→Ni³⁺+Mn²⁺+H₂O]．

Answer 1

分析 含镍（Ni²⁺）废液为原料生产NiOOH，在含Ni²⁺的废液中中加入碳酸钠溶液，过滤得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入试剂调节溶液的pH使镍离子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空气中加热Ni（OH）₂制取NiOOH，
（1）确认Ni²⁺已经完全沉淀的实验方法是取上层清液，加入碳酸钠溶液观察是否有沉淀生成，判断镍离子是否全部沉淀，过滤用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、琉璃棒；
（2）碳酸镍与稀硫酸反应生成硫酸镍、二氧化碳、水，根据电荷守恒和元素守恒可写出反应的离子方程式；
（3）合成氨的相对初始速率随催化剂中n值增大而增大，而n增大，Co²⁺的比例增大；
（4）空气中加热Ni（OH）₂和空气中氧气反应生成NiOOH和水；
（5）消耗KMnO₄物质的量：0.01 mol•L^-1×0.01L=1×10^-4mol，根据电子得失守恒可知Ni（OH）₂的物质的量为5×10^-4mol，可计算得混合物中Ni（OH）₂的质量，再计算出NiOOH的质量，确定NiOOH的物质的量，依据xNiOOH•yNi（OH）₂计算x和y的比值．

解答 解：含镍（Ni²⁺）废液为原料生产NiOOH，在含Ni²⁺的废液中中加入碳酸钠溶液，过滤得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入试剂调节溶液的pH使镍离子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空气中加热Ni（OH）₂制取NiOOH，
（1）确认Ni²⁺已经完全沉淀的实验方法是取上层清液，加入碳酸钠溶液观察是否有沉淀生成，判断镍离子是否全部沉淀，具体操作步骤为：静置，在上层清液中继续滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，无沉淀生成，过滤用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、琉璃棒；
故答案为：静置，在上层清液中继续滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，无沉淀生成；漏斗、琉璃棒；
（2）碳酸镍与稀硫酸反应生成硫酸镍、二氧化碳、水，反应的离子方程式为NiCO₃+2H⁺=Ni²⁺+H₂O+CO₂↑，
故答案为：NiCO₃+2H⁺=Ni²⁺+H₂O+CO₂↑；
（3）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，
故答案为：Co²⁺；
（4）空气中加热Ni（OH）₂和空气中氧气反应生成NiOOH和水，原子守恒配平书写化学方程式为：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O，
故答案为：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（5）Ni²⁺+MnO₄^-+H⁺→Ni³⁺+Mn²⁺+H₂O，根据电子得失守恒可知n（Ni²⁺）：n（MnO₄^-）=5：1，消耗KMnO₄物质的量为0.01 mol•L^-1×0.01L=1×10^-4 mol，n（Ni²⁺）=5×10^-4mol，则Ni（OH）₂的物质的量为5×10^-4mol，所以样品中总Ni（OH）₂的物质的量为5×10^-4 mol×$\frac{500}{25}$=0.01mol，
n（NiOOH）=$\frac{9.21g-0.01mol×92.7g/mol}{91.7g/mol}$0.09 mol，
x：y=n（NiOOH）：n[Ni（OH）₂]=0.09 mol：0.01 mol=9：1，
故答案为：9：1．

点评 本题考查了物质分离方法和实验过程分析判断，侧重离子方程式的书写和氧化还原反应的计算应用，注意流程的理解，掌握实验基础和物质性质是关键，题目难度中等．