Question

三氧化二镍是一种重要的电子元件材料、蓄电池材料．工业上利用含镍废料（镍铁钙镁合金为主）制取草酸镍，再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍．已知草酸的钙、镁、镍盐难溶于水．根据下列工艺流程示意图回答问题．

（1）生产过程中多次进行过滤．实验室进行过滤操作中用到玻璃棒，玻璃棒的作用是

 

．
（2）加入过氧化氢后缓慢加入碳酸钠溶液调pH至4.0～4.5左右，加入碳酸钠溶液的作用是

 

．再加入NH₄F的目的是

 

．
（3）草酸镍（NiC₂O₄?2H₂O）在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧三小时，制得三氧化二镍，同时获得一种混合气体．写出草酸镍受热分解的化学方程式

 

．
（4）工业上还可用电解法制取三氧化二镍．用NaOH溶液调节NiCl₂溶液pH至7.5，加入适量硫酸钠后采用惰性电极进行电解．电解过程中产生的Cl₂有80%在弱碱性条件下生成ClO^-，再把二价镍氧化为三价镍．写出ClO^-氧化Ni（OH）₂生成三氧化二镍的离子方程式

 

．a mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量是

 

．
（5）电解法制取三氧化二镍实际过程中，有时获得一种结晶水合物，已知1mol该物质中含有0.5mol结晶水．取该化合物20.2g进行充分加热，而获得三氧化二镍固体和0.2mol水，则该结晶水合物的化学式为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）过滤时用玻璃棒进行引流；
（2）过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，依据电荷守恒和原子守恒，加入Na₂CO₃溶液调pH至4.0?4.5，促进铁离子水解形成氢氧化铁沉淀；氟化钙、氟化镁难溶于水；
（3）草酸镍（NiC₂O₄?2H₂O）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，题中要求生成混合气体，则另一气体为CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合价升降相等配平；
（4）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，最后可利用O原子检查配平是否正确；依据化学方程式和元素守恒计算得到；
（5）依据（4）的计算结果和原子守恒分析写出化学式．

解答： 解：（1）过滤时用玻璃棒进行引流，故答案为：引流；
（2）加双氧水的目的是把Fe²⁺氧化生成Fe³⁺，加入碳酸钠溶液的作用是中和过多的H⁺，调节pH，促进铁离子水解沉淀完全，再加入NH₄F的目的是除去钙离子、镁离子，使最后加草酸时生成草酸镍沉淀；
故答案为：调节pH，促进铁离子水解沉淀完全；除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（3）草酸镍（NiC₂O₄?2H₂O）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，题中要求生成混合气体，则另一气体为CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合价升降相等，Ni：升高2×（3-2），C：升高1×（4-3），C：降低：3×（3-2），配平方程式为：2NiC₂O₄

高温  .

Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
故答案为：2NiC₂O₄

高温  .

Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
（4）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，最后可利用O原子检查配平是否正确，得到离子方程式为：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；
 ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O
  1    2
n（ClO^-） a mol 
则n（ClO^-）=0.5 a mol
   Cl₂+2OH^-═ClO^-+Cl^-+H₂O
0.8n（Cl₂）     0.5 a mol 
则n（Cl₂）=0.625 a mol
进行电解时：2Cl^--2e^-═Cl₂↑
                 2   1
              n（e^-）  0.625 a mol 
则n（e^-）=1.25a mol；
故答案：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；1.25a mol；
（5）0.2 mol水的质量为3.6g，则m（Ni₂O₃）=20.2 g-3.6g=16.6g，n（Ni₂O₃）=0.1mol，即：n（Ni₂O₃）：n（H₂O）=0.1mol：0.2 mol=1：2，再利用原子守恒写成结晶水合物的形式，“1mol该物质中含有0.5 mol结晶水”，即NiOOH?

1

2

H₂O或整合成：2NiOOH?H₂O．
故答案为：NiOOH?

1

2

H₂O 或2NiOOH?H₂O．

点评：本题考查了流程分析推断，实验操作步骤的分析判断，化学方程式计算和电解原理分析应用，题目综合性较大，难度较大．