Question

10．目前，全世界的鎳消費(fèi)量?jī)H次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第五位．鎳行業(yè)發(fā)展蘊(yùn)藏著巨大的潛力．鎳化合物中的三氧化二鎳是一種重要的電子元件材料和二次電池材料．工業(yè)上可利用含鎳合金廢料（除鎳外，還含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等雜質(zhì)）制取草酸鎳，然后高溫煅燒草酸鎳來制取三氧化二鎳．
已知：①草酸的鈣、鎂、鎳鹽均難溶于水，且溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O
②常溫下，Ksp[（Fe（OH））₃]=4.0×10^-38，lg5=0.7
根據(jù)下列工藝流程圖回答問題：

（1）加6%的H₂O₂時(shí)，溫度不能太高，其目的是減少過氧化氫的分解．若H₂O₂在一開始酸溶時(shí)便與鹽酸一起加入，會(huì)造成酸溶過濾后的濾液中增加一種金屬離子，用離子方程式表示這一情況Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O．
（2）流程中有一步是調(diào)pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，常溫下當(dāng)溶液中c（Fe³⁺）=0.5×10^-5mol/L時(shí)，溶液的pH=3.3．
（3）流程中加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺．
（4）將最后所得的草酸鎳晶體在空氣中強(qiáng)熱到400℃，可生成三氧化二鎳和無毒氣體，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式4（NiC₂O₄•2H₂O）+3O₂ $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O．
（5）工業(yè)上還可用電解法制取三氧化二鎳，用NaOH溶液調(diào)節(jié)NiCl₂溶液的pH至7.5，再加入適量Na₂SO₄進(jìn)行電解，電解產(chǎn)生的Cl₂其80%的可將二價(jià)鎳氧化為三價(jià)鎳．寫出Cl₂氧化Ni（OH）₂生成三氧化二鎳的離子方程式Cl₂+2Ni（OH）₂+2OH^-=Ni₂O₃+2Cl^-+3H₂O；將a mol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí)，外電路中通過電子的物質(zhì)的量是1.25amol．
（6）近年來鎳氫電池發(fā)展很快，它可由NiO（OH）跟LaNi₅H₆（LaNi₅H₆中各元素化合價(jià)均可看作是零）組成：6NiO（OH）+LaNi₅H₆$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．該電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)是LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O．

Answer 1

分析 含鎳廢料用鹽酸溶解，Cu、C不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣中含有Cu、C，濾液中含有NiCl₂、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂及過量的HCl，加入H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入鎳的混合物調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中含有NiCl₂、MgCl₂、CaCl₂，向?yàn)V液中加入NH₄F，過濾，再向?yàn)V液中加入Na₂C₂O₄，過濾得到草酸鎳晶體，故加入NH₄F應(yīng)是除去溶液中Ca²⁺、Mg²⁺．
（1）過氧化氫受熱易分解，所以溫度不能過高；Fe、Ca、Mg均與鹽酸直接反應(yīng)，過氧化氫的加入造成酸溶過濾后的濾液中增加一種金屬離子，則該金屬離子只能是銅離子；
（2）根據(jù)Ksp[（Fe（OH））₃]計(jì)算反應(yīng)中c（OH^-），再根據(jù)水的離子積計(jì)算c（H⁺），調(diào)節(jié)溶液pH=-lgc（H⁺）；
（3）加入NH₄F后的操作是過濾，說明該過程有沉淀產(chǎn)生，所以加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根據(jù)題目可知無毒氣體是二氧化碳，同時(shí)有水生成，由氧元素守恒可知，應(yīng)有氧氣參加反應(yīng)，配平書寫方程式；
（5）根據(jù)氧化還原反應(yīng)理論，Cl₂氧化Ni（OH）₂生成三氧化二鎳，自身被還原為氯離子，還有水生成，配平書寫化學(xué)方程式，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算反應(yīng)中需要氯氣物質(zhì)的量，再根據(jù)氯氣利用率計(jì)算電解生成氯氣物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算電路中通過電子；
（6）NiO（OH）中Ni的化合價(jià)是+3價(jià)，Ni（OH）₂中Ni是+2價(jià)，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，所以放電時(shí)負(fù)極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)，LaNi₅H₆為負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)，LaNi₅H₆中各元素化合價(jià)均可看作是零，所以化合價(jià)升高的只能是H元素，堿性條件下得到LaNi₅與H₂O．

解答 解：含鎳廢料用鹽酸溶解，Cu、C不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣中含有Cu、C，濾液中含有NiCl₂、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂及過量的HCl，加入H₂O₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入鎳的混合物調(diào)節(jié)pH使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中含有NiCl₂、MgCl₂、CaCl₂，向?yàn)V液中加入NH₄F，過濾，再向?yàn)V液中加入Na₂C₂O₄，過濾得到草酸鎳晶體，故加入NH₄F應(yīng)是除去溶液中Ca²⁺、Mg²⁺．
（1）過氧化氫受熱易分解，所以溫度不能過高的目的是減少過氧化氫的分解；Fe、Ca、Mg均與鹽酸直接反應(yīng)，過氧化氫的加入造成酸溶過濾后的濾液中增加一種金屬離子，則該金屬離子只能是銅離子，所以反應(yīng)的離子方程式為：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，
反應(yīng)答案為：減少過氧化氫的分解；Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O；
（2）Ksp[（Fe（OH））₃]=4.0×10^-38=c（Fe³⁺）×[c（OH^-）]³，則[c（OH^-）]³=8×10^-33mol/L，則c（OH^-）=2×10^-11mol/L，所以c（H⁺）=5×10^-4，故pH=-lg5×10^-4=3.3，
故答案為：3.3；
（3）加入NH₄F后的操作是過濾，說明該過程有沉淀產(chǎn)生，所以加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺，故答案為：除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根據(jù)題目可知無毒氣體是二氧化碳，同時(shí)有水生成，由氧元素守恒可知，應(yīng)有氧氣參加反應(yīng)，所以化學(xué)方程式為4（NiC₂O₄•2H₂O）+3O₂ $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O，
故答案為：4（NiC₂O₄•2H₂O）+3O₂ $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O；
（5）根據(jù)氧化還原反應(yīng)理論，Cl₂氧化Ni（OH）₂生成三氧化二鎳，自身被還原為氯離子，還有水生成，化學(xué)方程式為：Cl₂+2Ni（OH）₂+2OH^-=Ni₂O₃+2Cl^-+3H₂O；amol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒需要氯氣$\frac{amol×1}{2}$=0.5amol，氯氣的利用率是80%，則電解過程中的氯氣是$\frac{0.5amol}{80%}$=0.625a mol，每生成1mol氯氣轉(zhuǎn)移2mol電子，所以外電路中通過電子的物質(zhì)的量是0.625a mol×2=1.25amol，
故答案為：Cl₂+2Ni（OH）₂+2OH^-=Ni₂O₃+2Cl^-+3H₂O；1.25amol；
（6）NiO（OH）中Ni的化合價(jià)是+3價(jià)，Ni（OH）₂中Ni是+2價(jià)，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，所以放電時(shí)負(fù)極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)，LaNi₅H₆為負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)，LaNi₅H₆中各元素化合價(jià)均可看作是零，所以化合價(jià)升高的只能是H元素，堿性條件下得到LaNi₅與H₂O，電極反應(yīng)式為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O，
故答案為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備方案，涉及化學(xué)工藝流程、對(duì)操作與試劑的分析評(píng)價(jià)、化學(xué)方程式書寫、原電池與電解原理等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與遷移運(yùn)用能力，難度中等．