Question

【題目】目前全世界的鎳（Ni）消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第五位。鎳常用于各種高光澤裝飾漆和塑料生產，也常用作催化劑。

堿式碳酸鎳的制備：

工業(yè)用電解鎳新液（主要含NiSO4，NiCl2等）制備堿式碳酸鎳晶體[xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O]，制備流程如圖：

（1）反應器中的一個重要反應為3NiSO4+3Na2CO3+2H2O=NiCO3·2Ni(OH)2+3Na2SO4+2X，X的化學式為__。

（2）物料在反應器中反應時需要控制反應溫度和pH值。分析如圖，反應器中最適合的pH值為__。

（3）檢驗堿式碳酸鎳晶體洗滌干凈的方法是__。

測定堿式碳酸鎳晶體的組成：

為測定堿式碳酸鎳晶體[xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O]組成，某小組設計了如圖實驗方案及裝置：

資料卡片：堿式碳酸鎳晶體受熱會完全分解生成NiO、CO2和H2O

實驗步驟：

①檢查裝置氣密性；

②準確稱量3.77g堿式碳酸鎳晶體[xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O]放在B裝置中，連接儀器；

③打開彈簧夾a，鼓入一段時間空氣，分別稱量裝置C、D、E的質量并記錄；

④__；

⑤打開彈簧夾a緩緩鼓入一段時間空氣；

⑥分別準確稱量裝置C、D、E的質量并記錄；

⑦根據數據進行計算（相關數據如下表）

	裝置C/g	裝置D/g	裝置E/g
加熱前	250.00	190.00	190.00
加熱后	251.08	190.44	190.00

實驗分析及數據處理：

（4）E裝置的作用__。

（5）補充④的實驗操作___。

（6）通過計算得到堿式碳酸鎳晶體的組成__（填化學式）。

鎳的制備：

（7）寫出制備Ni的化學方程式__。

Answer 1

【答案】CO2 8.3 取最后一次洗滌液少許，加入HCl酸化的BaCl2溶液，若無沉淀產生，則證明沉淀已經洗滌干凈 吸收空氣中的H2O和CO2 關閉彈簧夾a，點燃酒精燈，觀察到C中無氣泡時，停止加熱 NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O 2[NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O]+3N2H4·H2O=6Ni+3N2↑+2CO2↑+21H2O

【解析】

(1)根據元素守恒分析判斷 ；

(2)使各種雜質相對最少的pH即為最適合的pH ；

(3)反應后的濾液中含有硫酸鈉，因此檢驗堿式碳酸鎳晶體是否洗滌干凈就是檢驗是否有硫酸根離子殘留；

(4)根據實驗目的和各個裝置的作用分析；

(5)根據實驗目的和前后操作步驟分析；

(6)先計算生成水蒸氣和CO2的質量，再根據質量守恒確定化學式；

(7)氧化還原反應中電子有得，必有失，根據化合價變化確定生成物，進而配平方程式。

(1)反應器中的一個重要反應為3NiSO4+3Na2CO3+2H2O=NiCO3·2Ni(OH)2+3Na2SO4+2X，反應前Ni原子共3個、S原子共3個、O原子共23個、Na原子6個、C原子3個、H原子4個，反應后現有：Ni原子3個、S原子共3個、O原子共19個、Na原子6個、C原子1個、H原子4個，少O原子4個，C原子2個，而這些微粒包含在2個X分子中，所以X的化學式為CO2，故答案為：CO2 ；

(2)物料在反應器中反應時需要控制反應條件，根據圖可知，在pH=8.3時，各種雜質相對最少，所以反應器中最適合的pH 8.3，故答案為：8.3 ；

(3)反應后的濾液中含有硫酸鈉，因此檢驗堿式碳酸鎳晶體是否洗滌干凈就是檢驗是否有硫酸根離子殘留，故答案為：取最后一次洗滌液少許，加入HCl酸化的BaCl2溶液，若無沉淀產生，則證明沉淀已經洗滌干凈；

(4)C裝置用來吸收堿式碳酸鎳晶體受熱分解產生的H2O，D裝置用來吸收堿式碳酸鎳晶體受熱分解產生的CO2，E裝置可以防止空氣中的H2O和CO2進入D裝置中，影響實驗數據的測定，故答案為：吸收空氣中的H2O和CO2；

(5)步驟③反應前左側通空氣是為了排盡裝置中原有的CO2和水蒸氣，避免裝置內的CO2和水蒸氣造成數據干擾，排空氣后，應該開始進行反應，因此步驟④的操作為關閉彈簧夾a，點燃酒精燈，觀察到C中無氣泡時，說明固體分解完全，停止加熱；步驟⑤再打開彈簧夾a緩緩鼓入一段時間空氣，將裝置中殘留的CO2和水蒸氣全部趕入C、D裝置，被完全吸收，故答案為：關閉彈簧夾a，點燃酒精燈，觀察到C中無氣泡時，停止加熱；

(6)水的質量為251.08g250g=1.08g，CO2的質量為190.44g190g=0.44g，由于發(fā)生的是分解反應，所以生成的NiO的質量為3.77g1.08g0.44g=2.25g，則分解反應中水、二氧化碳和NiO的系數比(也就是分子個數比)為即：，xNiCO3yNi(OH)2zH2O.6H2O↑+CO2↑+3NiO，根據元素守恒可得可得x=1，y=2，z=4即xNiCO3yNi(OH)2zH2O中x:y:z的值1:2:4，故答案為：NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O；

(7)NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O與N2H4·H2O反應生成Ni，Ni元素得電子，被還原，同時還生成氣體X和Y，由第(1)問知X為CO2，氧化還原反應有得電子，必有失電子的物質，由此判斷另一種氣體為N2，根據得失電子守恒、元素守恒配平制備Ni的化學方程式，故答案為：2[NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O]+3N2H4·H2O=6Ni+3N2↑+2CO2↑+21H2O。