Question

17．堿式氧化鎳[NiO（OH）]可用作鎳氫電池的正極材料．工業(yè)上以含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)的一種工藝流程如圖：

（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，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，無(wú)沉淀生成，若無(wú)沉淀生成，說(shuō)明Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀．
（2）濾液Ⅱ中所含溶質(zhì)的化學(xué)式為Na₂SO₄，實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行過(guò)濾操作時(shí)需要的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗．
（3）寫出在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiO（OH）的化學(xué)方程式：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiO（OH）+2H₂O．
（4）若加熱不充分，制得的NiO（OH）樣品中會(huì)混有Ni（OH）₂，為測(cè)定加熱后所得樣品中NiO（OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：稱取2.00g樣品溶于稀硫酸，加入100mL 0.25mol/L Fe²⁺的標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌至溶液清亮，再定容至100mL后取出20.00mL，用0.010mol/L KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用去KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
試通過(guò)計(jì)算確定NiO（OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寫出計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果精確到0.1%）．
測(cè)定過(guò)程中涉及反應(yīng)如下：
NiO（OH）+Fe²⁺+3H⁺═Ni²⁺+Fe³⁺+2H₂O
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．

Answer 1

分析 含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH，在含Ni⁺的廢液中中加入碳酸鈉溶液，過(guò)濾得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入NaOH溶液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；
（1）確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是取上層清液，加入碳酸鈉溶液觀察是否有沉淀生成，判斷鎳離子是否全部沉淀；
（2）NiSO₄與NaOH溶液反應(yīng)生成Ni（OH）₂和Na₂SO₄；過(guò)濾操作時(shí)需要的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；
（3）Ni（OH）₂在空氣中加熱NiO（OH）和水；
（4）消耗KMnO₄物質(zhì)的量：0.01 mol•L^-1×0.02L=2×10^-4 mol，
與NiOOH反應(yīng)后剩余的Fe²⁺物質(zhì)的量：2×10^-4 mol×5×（100÷20）=0.005 mol，
Fe²⁺總物質(zhì)的量：0.25 mol•L^-1×0.1 L=0.025mol，
與NiOOH反應(yīng)的Fe²⁺的物質(zhì)的量：0.025mol-0.005mol=0.02mol，
得到n（NiOOH）=0.02mol，計(jì)算得到NiOOH的質(zhì)量，得到NiO（OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是取上層清液，加入碳酸鈉溶液觀察是否有沉淀生成，判斷鎳離子是否全部沉淀，具體操作步驟為：靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，無(wú)沉淀生成；
故答案為：靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，無(wú)沉淀生成，若無(wú)沉淀生成，說(shuō)明Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀；
（2）根據(jù)分析可知，NiSO₄與NaOH溶液反應(yīng)生成Ni（OH）₂和Na₂SO₄，故濾液Ⅱ中所含溶質(zhì)的化學(xué)式為Na₂SO₄；過(guò)濾操作時(shí)需要的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、漏斗；
故答案為：Na₂SO₄；漏斗；
（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)寫化學(xué)方程式為：4Ni（OH）₂+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4 NiO（OH）+2H₂O；
故答案為：4Ni（OH）₂+O₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4 NiO（OH）+2H₂O；
（4）消耗KMnO₄物質(zhì)的量：0.01 mol•L^-1×0.02L=2×10^-4 mol，
與NiOOH反應(yīng)后剩余的Fe²⁺物質(zhì)的量：2×10^-4 mol×5×（100÷20）=0.005 mol，
Fe²⁺總物質(zhì)的量：0.25 mol•L^-1×0.1 L=0.025mol，
與NiOOH反應(yīng)的Fe²⁺的物質(zhì)的量：0.025mol-0.005mol=0.02mol，
得到n（NiOOH）=0.02mol，m（NiOOH）=91.7 g•mol^-1×0.02 mol=1.834g，NiO（OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{1.834g}{2.0}×100%$=91.7%；
答：NiO（OH）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為91.7%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析判斷等，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募盎瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>