Question

9．三氧化二鎳（Ni₂O₃）是一種重要的電子元件材料和蓄電池材料．工業(yè)上利用含鎳廢料（鎳、鐵、鈣、鎂合金為主）制取草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O），再高溫煅燒草酸鎳制取三氧化二鎳．已知草酸的鈣、鎂、鎳鹽均難溶于水．如工藝流程圖所示．

請回答下列問題：
（1）操作Ⅰ為加酸溶解，過濾．
（2）生產過程中多次進行過濾，實驗室進行過濾操作中需要用到玻璃棒，下列實驗操作中玻璃棒的作用完全相同的是bc（填字母）．
①測定醋酸鈉溶液的pH      ②加熱食鹽溶液制備NaCl晶體
③配制0.1mol/L的硫酸溶液  ④用淀粉-KI試紙檢驗溶液中氧化性離子
⑤配制10%的硫酸鈉溶液
a．①⑤b．②⑤c．①④d．③④
（3）①加入H₂O₂發(fā)生的主要反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
②加入碳酸鈉溶液調pH至4.0～5.0，其目的為促進鐵離子水解沉淀完全；
③加入NH₄F后除掉的雜質是Ca²⁺、Mg²⁺．
（4）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒，可制得Ni₂O₃，同時獲得混合氣體．草酸鎳受熱分解的化學方程式為2NiC₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑．
（5）工業(yè)上還可用電解法制取Ni₂O₃．用NaOH溶液調NiCl₂溶液的pH至7.5，加入適量Na₂SO₄后利用惰性電極電解．電解過程中產生的Cl₂有80%在弱堿性條件下生成ClO^-，再把二價鎳氧化為三價鎳．ClO^-氧化Ni（OH）₂生成Ni₂O₃的離子方程式為ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O．a mol二價鎳全部轉化為三價鎳時，外電路中通過電子的物質的量為1.25a mol．
（6）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時，NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，該電池反應的化學方程式是Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．

Answer 1

分析 （1）鎳廢料中主要是鎳、鐵、鈣、鎂合金為主，操作Ⅰ是酸溶后過濾，溶解金屬，除去不溶物；
（2）①測定Na₂CO₃溶液的pH，玻璃棒蘸取溶液滴在pH試紙上測定；
②加熱食鹽溶液制備NaCl晶體，玻璃棒攪拌避免局部受熱固體飛濺；
③配制O.1mol/L的H₂SO₄溶液，攪拌引流作用；
④用KI淀粉試紙檢驗溶液中氧化性離子，玻璃棒蘸取溶液滴在KI淀粉試紙上測定；
⑤配制10%的KNO₃溶液，玻璃棒攪拌加速溶解；
（3）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，依據電荷守恒和原子守恒，加入Na₂CO₃溶液調pH至4.0〜4.5，促進鐵離子水解形成氫氧化鐵沉淀；氟化鈣、氟化鎂難溶于水；
（4）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再發(fā)生氧化還原反應（Ni由+2價升高到+3價，則C由+3價降低到+2價，題中要求生成混合氣體，則另一氣體為CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合價升降相等配平；
（5）Cl由+1價降低到-1價，Ni由+2價升高到+3價，利用化合價升降相等可配平ClO^-、Ni（OH）₂、Cl^-、Ni₂O₃的系數(shù)，再利用H原子守恒配平水的系數(shù)，最后可利用O原子檢查配平是否正確；依據化學方程式和元素守恒計算得到；
（6）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，發(fā)生還原反應，則Al發(fā)生氧化反應，堿性條件下得到NaAlO₂，配平書寫方程式．

解答 解：（1）分析框圖：“酸溶”生成含鎳、鐵、鈣、鎂離子的溶液，加酸溶解，溶解金屬，除去不溶物過濾；
故答案為：加酸溶解，過濾；
（2）①用KI淀粉試紙檢驗 溶液中氧化性離子，玻璃棒蘸取溶液滴在KI淀粉試紙上測定；
②加熱食鹽溶液制備NaCl晶體，玻璃棒攪拌避免局部受熱固體飛濺；
③配制O.1mol/L的H₂SO₄溶液，攪拌引流作用；
④測定Na₂CO₃溶液的pH，玻璃棒蘸取溶液滴在pH試紙上測定；
⑤配制10%的KNO₃溶液，玻璃棒攪拌加速溶解；
所以②⑤和①④符合；
故答案為：bc；
（3）加雙氧水的目的是氧化生成Fe³⁺，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，加入碳酸鈉溶液的作用是調節(jié)pH，促進鐵離子水解沉淀完全，再加入NH₄F的目的是除去鈣離子、鎂離子，故最后加草酸時生成草酸鎳沉淀；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，促進鐵離子水解沉淀完全，Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）草酸鎳（NiC₂O₄•2H₂O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC₂O₄，NiC₂O₄再發(fā)生氧化還原反應（Ni由+2價升高到+3價，則C由+3價降低到+2價，題中要求生成混合氣體，則另一氣體為CO₂）生成Ni₂O₃、CO、CO₂，再利用化合價升降相等，Ni：升高2×（3-2），C：升高1×（4-3），C：降低：3×（3-2），配平方程式為：2NiC₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
故答案為：2NiC₂O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Ni₂O₃+3CO↑+CO₂↑；
（5）Cl由+1價降低到-1價，Ni由+2價升高到+3價，利用化合價升降相等可配平ClO^-、Ni（OH）₂、Cl^-、Ni₂O₃的系數(shù)，再利用H原子守恒配平水的系數(shù)，最后可利用O原子檢查配平是否正確，得到離子方程式為：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；
     ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O
     1     2
 n（ClO^-） a mol
則n（ClO^-）=0.5 a mol
Cl₂+2OH^-═ClO^-+Cl^-+H₂O
0.8n（Cl₂） 0.5 a mol
則n（Cl₂）=0.625 a mol
進行電解時：
2Cl^--2e^-═Cl₂↑
    2     1
   n（e^-） 0.625 a mol
則n（e^-）=1.25a mol；
故答案：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O，1.25a mol；
（6）以Al和NiO（OH）為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時NiO（OH）轉化為Ni（OH）₂，發(fā)生還原反應，則Al發(fā)生氧化反應，堿性條件下得到NaAlO₂，該電池反應的化學方程式是：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂，
故答案為：Al+3NiO（OH）+NaOH+H₂O=3Ni（OH）₂+NaAlO₂．

點評 本題考查了流程分析推斷，實驗操作步驟的分析判斷，化學方程式計算和電解原理分析應用，題目綜合性較大，難度較大．