Question

6．以含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH和NiSO₄•6H₂O的一種工藝流程如圖1：
（1）加入Na₂CO₃溶液時(shí)，確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是靜置，取上層清液少許于試管中，向試管中滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，若無(wú)沉淀生成，則Ni²⁺已沉淀完全，否則沒(méi)有完全沉淀．
（2）實(shí)驗(yàn)操作1是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥
（3）寫(xiě)出在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH的化學(xué)方程式：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O．
（4）若加熱不充分，制得的NiOOH中會(huì)混有Ni（OH）₂，其組成可表示為xNiOOH•yNi（OH）₂．
①現(xiàn)稱(chēng)取9.18g樣品溶于稀硫酸，加入100mL 1.0mol•L^-1Fe²⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌至溶液清亮，定容至200mL．取出20.00mL，用0.010mol•L^-1KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用去KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．涉及反應(yīng)如下（均未配平）：
NiOOH+Fe²⁺+H⁺-Ni²⁺+Fe³⁺+H₂O　　
Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O．
試確定x、y的值后寫(xiě)出樣品的組成9NiOOH•Ni（OH）₂
②該樣品中物質(zhì)和一種碳納米管能夠吸附氫氣的碳電極可作充電電池（如圖2所示）．該電池的電解質(zhì)為6mol•L^-1KOH溶液
�。�充電時(shí)將碳電極與電源的負(fù)極相連
ⅱ．放電時(shí)鎳電極反應(yīng)為NiO（OH）+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-
ⅲ．放電時(shí)碳電極反應(yīng)為H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O

Answer 1

分析 含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH和NiSO₄•6H₂O，在含Ni⁺的廢液中加入碳酸鈉溶液，過(guò)濾得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入試劑調(diào)節(jié)溶液的pH使鎳離子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH．NiSO₄溶液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到NiSO₄•6H₂O．
（1）靜置，取上層清液滴加Na₂CO₃溶液，若無(wú)沉淀生成，則Ni²⁺已沉淀完全；
（2）從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；
（3）空氣中加熱Ni（OH）₂和空氣中氧氣反應(yīng)生成NiOOH和水；
（4）①根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算200mL溶液中n（Fe²⁺），即為與NiOOH反應(yīng)后剩余的Fe²⁺物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算與NiOOH反應(yīng)的Fe²⁺的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算n（NiOOH），根據(jù)m=nM計(jì)算m（NiOOH），再計(jì)算n[Ni（OH）₂]，根據(jù)x：y=n（NiOOH）：n[Ni（OH）₂]確定樣品組成；
②ⅰ．由圖可知，充電時(shí)，電子流向碳電極，碳電極為陰極；
ⅱ．放電時(shí)鎳電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，NiO（OH）獲得電子生成Ni（OH）₂；
ⅲ．放電時(shí)碳電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣失去電子，在堿性條件下生成水．

解答 解：含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH和NiSO₄•6H₂O，在含Ni⁺的廢液中加入碳酸鈉溶液，過(guò)濾得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入試劑調(diào)節(jié)溶液的pH使鎳離子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH．NiSO₄溶液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到NiSO₄•6H₂O．
（1）確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是：靜置，取上層清液少許于試管中，向試管中滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，若無(wú)沉淀生成，則Ni²⁺已沉淀完全；否則，沒(méi)有完全沉淀，
故答案為：靜置，取上層清液少許于試管中，向試管中滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，若無(wú)沉淀生成，則Ni²⁺已沉淀完全，否則沒(méi)有完全沉淀；
（2）實(shí)驗(yàn)操作I、1是從溶液中獲得晶體，需要經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；
（3）空氣中加熱Ni（OH）₂和空氣中氧氣反應(yīng)生成NiOOH和水，原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O，
故答案為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（4）①消耗KMnO₄物質(zhì)的量：0.01 mol•L^-1×0.02L=2×10^-4 mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知與NiOOH反應(yīng)后剩余的Fe²⁺物質(zhì)的量：2×10^-4 mol×5×（200÷20）=0.01 mol
Fe²⁺總物質(zhì)的量：1.0 mol•L^-1×0.1 L=0.1 mol，
與NiOOH反應(yīng)的Fe²⁺的物質(zhì)的量：0.1 mol-0.01 mol=0.09 mol
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知n（NiOOH）=0.09 mol，
m（NiOOH）=91.7 g•mol^-1×0.09 mol=8.253 g
n[Ni（OH）₂]=$\frac{9.18g-8.253g}{92.7g/mol}$=0.01 mol
x：y=n（NiOOH）：n[Ni（OH）₂]=0.09 mol：0.01 mol=9：1，
故樣品的組成為9NiOOH•Ni（OH）₂，
故答案為：9NiOOH•Ni（OH）₂；
②�。�由圖可知，充電時(shí)，電子流向碳電極，碳電極為陰極，應(yīng)連接電源的負(fù)極，故答案為：負(fù)極；
ⅱ．放電時(shí)鎳電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，NiO（OH）獲得電子生成Ni（OH）₂，電極反應(yīng)式為：NiO（OH）+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，故答案為：NiO（OH）+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-；
ⅲ．放電時(shí)碳電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氣失去電子，在堿性條件下生成水，電極反應(yīng)式為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

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，（4）中組成測(cè)定過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算量大，明確原理是關(guān)鍵，為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，難點(diǎn)中等．