Question

19．Ni元素化合物在生活中有非常重要的應(yīng)用．納米NiO可以制備超級(jí)電容器，NiOOH是制作二次電池的重要材料．現(xiàn)以NiSO₄為原料生產(chǎn)納米NiO和NiOOH流程如圖1：

（1）制備NiOOH過(guò)程中，NiSO₄溶液配制方法將NiSO₄固體溶于稀硫酸中，并稀釋至一定濃度；過(guò)濾、洗滌后，得到Ni（OH）₂固體，如何證明Ni（OH）₂已經(jīng)完全洗凈用潔凈的小試管盛接最后一次洗滌液，滴加BaCl₂溶液，若沒(méi)有渾濁出現(xiàn)時(shí)，說(shuō)明沉淀已經(jīng)洗凈；NaClO氧化Ni（OH）₂的離子方程式為ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+2NiOOH+H₂O．
（2）已知Ksp[Ni（OH）₂]=2×10^-15．室溫下，欲加入一定量 NaOH固體使1L 含有0.001mol•L^-1的NiSO₄和0.0001mol•L^-1的H₂SO₄溶液中殘留c（Ni²⁺）≤2×10^-7 mol•L^-1，并恢復(fù)至室溫，所加入的NaOH的固體質(zhì)量至少為0.092 g．
（3）NH₃•H₂O的濃度對(duì)納米NiO的產(chǎn)率產(chǎn)生很大影響．圖2為NiSO₄的物質(zhì)的量一定時(shí)，不同的反應(yīng)物配比對(duì)納米氧化鎳收率的影響．請(qǐng)解釋反應(yīng)物NH₄HCO₃和NiSO₄ 的物質(zhì)的量比在2.5至4.0時(shí)，收率升高的原因HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進(jìn)，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成．
（4）制備納米 NiO 時(shí)，加入一些可溶于水的有機(jī)物（如：吐溫-80）能制得更優(yōu)質(zhì)的納米材料，原因是吐溫-80分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團(tuán)聚（聚集），從而緩慢結(jié)晶得到顆粒大小均勻的NiO前體．
（5）沉降體積是超細(xì)粉體的一個(gè)重要參數(shù)，若顆粒在液相中分散性好，則沉降體積較��；若顆粒分散性較差，則易引起絮凝沉降體積較大．圖3是吐溫-80 的加入量與前體在液體石蠟中沉降體積的關(guān)系曲線．
通過(guò)圖3分析，吐溫-80的最佳加入量為1.25 mL．
（6）NiOOH是制備鎳鎘電池的原料，某鎳鎘電池的總反應(yīng)為Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂
該電池放電時(shí)正極電極反應(yīng)式為NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

Answer 1

分析 （1）配制NiSO₄溶液時(shí)要防止鎳離子水解，可以加適量的稀硫酸，通過(guò)檢驗(yàn)固體表面是否有硫酸根離子來(lái)證明Ni（OH）₂已經(jīng)完全洗凈；NaClO氧化Ni（OH）₂生成氯離子和NiOOH，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書(shū)寫離子方程式；
（2）通過(guò)Ksp[Ni（OH）₂]可計(jì)算出c（Ni²⁺）≤2×10^-7 mol•L^-1時(shí)溶液中氫氧根離子的濃度，據(jù)此計(jì)算出與NiSO₄反應(yīng)的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，根據(jù)硫酸的物質(zhì)的量可計(jì)算出與硫酸反應(yīng)的氫氧化鈉的物質(zhì)的量，兩者之和即為所加入的NaOH的固體的物質(zhì)的量，再計(jì)算出質(zhì)量；
（3）HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進(jìn)，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成，所以反應(yīng)物NH₄HCO₃和NiSO₄ 的物質(zhì)的量比在2.5至4.0時(shí)，收率升高；
（4）制備納米 NiO 時(shí)，加入一些可溶于水的有機(jī)物（如：吐溫-80），吐溫-80 分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團(tuán)聚（聚集），從而緩慢結(jié)晶得到顆粒大小均勻的NiO前體，所以能制得更優(yōu)質(zhì)的納米材料；
（5）根據(jù)圖3可知，吐溫-80的最佳加入量為1.25mL時(shí)，前體在液體石蠟中沉降體積最��；
（6）根據(jù)鎳鎘電池的總反應(yīng)Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂可知，放電時(shí)，Cd是還原劑，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，NiOOH是氧化劑，在正極發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書(shū)寫電極反應(yīng)式；

解答 解：（1）配制NiSO₄溶液時(shí)要防止鎳離子水解，可以加適量的稀硫酸，所以NiSO₄溶液配制方法是將NiSO₄固體溶于稀硫酸中，并稀釋至一定濃度，檢驗(yàn)Ni（OH）₂已經(jīng)完全洗凈的方法是用潔凈的小試管盛接最后一次洗滌液，滴加BaCl₂溶液，若沒(méi)有渾濁出現(xiàn)時(shí)，說(shuō)明沉淀已經(jīng)洗凈，NaClO氧化Ni（OH）₂生成氯離子和NiOOH，反應(yīng)的離子方程式為ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+2NiOOH+H₂O，
故答案為：將NiSO₄固體溶于稀硫酸中，并稀釋至一定濃度；用潔凈的小試管盛接最后一次洗滌液，滴加BaCl₂溶液，若沒(méi)有渾濁出現(xiàn)時(shí)，說(shuō)明沉淀已經(jīng)洗凈；ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+2NiOOH+H₂O；
（2）通過(guò)Ksp[Ni（OH）₂]可計(jì)算出c（Ni²⁺）≤2×10^-7 mol•L^-1時(shí)溶液中氫氧根離子的濃度為1×10^-4 mol•L^-1，所以與NiSO₄反應(yīng)的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為2×1L×0.001mol•L^-1+1L×1×10^-4 mol•L^-1=0.0021mol，根據(jù)硫酸的物質(zhì)的量可計(jì)算出與硫酸反應(yīng)的氫氧化鈉的物質(zhì)的量為0.0002mol，所以加入的NaOH的固體的物質(zhì)的量至少為0.0021mol+0.0002mol=0.0023mol，其質(zhì)量為質(zhì)量0.092g，
故答案為：0.092；
（3）HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進(jìn)，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成，所以反應(yīng)物NH₄HCO₃和NiSO₄ 的物質(zhì)的量比在2.5至4.0時(shí)，收率升高，
故答案為：HCO₃^-和NH₄⁺水解相互促進(jìn)，且隨著NH₄HCO₃的濃度增大，NH₃•H₂O的濃度也隨之增大，有利于納米NiO的生成；
（4）制備納米 NiO 時(shí)，加入一些可溶于水的有機(jī)物（如：吐溫-80），吐溫-80 分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團(tuán)聚（聚集），從而緩慢結(jié)晶得到顆粒大小均勻的NiO前體，所以能制得更優(yōu)質(zhì)的納米材料，
故答案為：吐溫-80 分子包裹在前體顆粒表面，阻止了顆粒團(tuán)聚（聚集），從而緩慢結(jié)晶得到顆粒大小均勻的NiO前體；
（5）根據(jù)圖3可知，吐溫-80的最佳加入量為1.25mL時(shí)，前體在液體石蠟中沉降體積最小，
故答案為：1.25；
（6）根據(jù)鎳鎘電池的總反應(yīng)Cd+2NiOOH+2H₂O $?_{充電}^{放電}$Cd（OH）₂+2Ni（OH）₂可知，放電時(shí)，Cd是還原劑，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，NiOOH是氧化劑，在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，
故答案為：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備方案、物質(zhì)組成的測(cè)定、原電池與電解池原理，題目綜合性強(qiáng)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，明確原理是關(guān)鍵，難度中等．