Question

18．三氧化二鎳（Ni₂O₃）是一種重要的電子元件材料、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，再高溫煅燒草酸鎳制取三氧化二鎳．已知草酸的鈣、鎂、鎳鹽難溶于水．下列工藝流程示意圖如下：

回答下列問題：
（1）為提高酸溶操作中鎳廢料的轉化率，可采取的措施有延長酸溶時間，提高酸溶溫度、酸的濃度、充分攪拌，研磨廢料增大接觸面積（答出三條）；
（2）加入H₂O₂發(fā)生的主要反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）加入NH₄F后除掉的雜質是Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）上述反應制出的Ni₂O₃可用于鎳氫電池的原料，在堿性條件下，鎳氫電池的反應為
3Ni₂O₃+LaNi₅H₆+3H₂O$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．該電池放電時，負極電極反應式為LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O
（5）工業(yè)上還可用電解法制取Ni₂O₃．用NaOH溶液調節(jié)NiCl₂溶液pH至7.5，加入適量Na₂SO₄后采用惰性電極進行電解．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．當amol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．電解法制取Ni₂O₃實際過程中，先獲得一種結晶水合物，已知含1molNi的該結晶水合物中含有0.5mol結晶水．取該化合物20.2g進行充分加熱，而獲得Ni₂O₃固體和0.2mol水，則該結晶水合物的化學式為NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O或2NiOOH•H₂O．

Answer 1

分析 流程分析，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．鎳廢料加入酸溶解后過濾得到濾液中含有亞鐵離子、鈣離子、鎂離子、鎳離子，加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉溶液調節(jié)溶液的PH，使鐵離子全部沉淀，過濾后的濾液在加入NH₄F沉淀鈣離子和鎂離子，過濾得到溶液含有鎳離子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸鎳，蒸發(fā)濃縮結晶析出晶體為目標產物NiC₂O₄•2H₂O；
（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，提高為提高酸溶操作中鎳廢料的轉化率可以延長酸溶時間，提高溫度、酸的濃度、充分攪拌，研磨廢料增大接觸面積等影響反應速率的因素分析；
（2）過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，依據(jù)電荷守恒和原子守恒書寫離子方程式；
（3）氟化鈣、氟化鎂難溶于水；
（4）依據(jù)電池反應，放電為原電池反應，負極是LaNi₅H₆在堿溶液中失電子生成LaNi₅；
（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(jù)化學方程式和元素守恒計算得到，依據(jù)原子守恒分析寫出化學式；

解答 解：流程分析，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．鎳廢料加入酸溶解后過濾得到濾液中含有亞鐵離子、鈣離子、鎂離子、鎳離子，加入過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入碳酸鈉溶液調節(jié)溶液的PH，使鐵離子全部沉淀，過濾后的濾液在加入NH₄F沉淀鈣離子和鎂離子，過濾得到溶液含有鎳離子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸鎳，蒸發(fā)濃縮結晶析出晶體為目標產物NiC₂O₄•2H₂O；
（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，提高為提高酸溶操作中鎳廢料的轉化率可以延長酸溶時間，提高溫度、酸的濃度、充分攪拌，研磨廢料增大接觸面積等影響反應速率的因素分析；
故答案為：延長酸溶時間，提高酸溶溫度、酸的濃度、充分攪拌，研磨廢料增大接觸面；
（2）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，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）再加入NH₄F的目的是除去鈣離子、鎂離子；
故答案為：Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）依據(jù)電池反應，3Ni₂O₃+LaNi₅H₆+3H₂O$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．該電池放電時為原電池反應，負極是LaNi₅H₆在堿溶液中失電子生成LaNi₅，電極反應為：LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O；
故答案為：LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O；
（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；
0.2 mol水的質量為3.6g，則m（Ni₂O₃）=20.2 g-3.6g=16.6g，n（Ni₂O₃）=0.1mol，即：n（Ni₂O₃）：n（H₂O）=0.1mol：0.2 mol=1：2，再利用原子守恒寫成結晶水合物的形式，“1mol該物質中含有0.5 mol結晶水”，即NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O或整合成：2NiOOH•H₂O；
故答案為：1.25a mol；NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O 或2NiOOH•H₂O．

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．