Question

【題目】納米材料鎳粉（Ni）是一種高性能電極材料。其制備過程如下：

步驟I：取0.2 mol·L-1的硝酸鎳溶液，調(diào)節(jié)pH除鐵后，加入活性炭過濾。

步驟Ⅱ：向所得濾液中滴加1.5mol·L-1的NaHCO3溶液使Ni2＋完全沉淀，生成xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O。

步驟Ⅲ：將產(chǎn)生的沉淀用大量高純水清洗并用離心機(jī)甩干。

步驟Ⅳ：加入稍過量的肼溶液（N2H4·H2O），使上述沉淀還原完全，將生成的Ni水洗后，再用95%的乙醇浸泡后晾干。

⑴步驟I中去除雜質(zhì)Fe3+（使其濃度<10－6 mol·L-1），需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為___________。（Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15，Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39）

⑵當(dāng)x:y:z=1:1:1時，寫出步驟Ⅱ中產(chǎn)生沉淀的離子方程式：___________。

⑶步驟Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡的目的是___________。

⑷為測定xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O的組成，進(jìn)行如下實驗：

①準(zhǔn)確稱取7.54 g樣品與過量的肼溶液（N2H4·H2O）充分反應(yīng)，共收集到1.12 LN2和CO2混合氣體（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）。

②另取等質(zhì)量的樣品充分灼燒，冷卻后稱得殘留固體NiO的質(zhì)量為4.5g。

通過計算確定xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O的化學(xué)式__________（寫出計算過程）。

Answer 1

【答案】 3~7 2Ni2+＋4HCO3－=NiCO3·Ni(OH)2·H2O↓＋3CO2↑ 除去水，便于快速晾干 n(CO2) + n(N2)= =0.05mol；n(NiO)= =0.06mol。

設(shè)7.54g樣品中含有NiCO3、Ni(OH)2的物質(zhì)的量分別為a、b，則有：a + =0.05mol，a+b=0.06mol ；解得：a=0.02 mol、b=0.04 mol。7.54g樣品中含有結(jié)晶水的物質(zhì)的量：n(H2O)=(7.54g-0.02mol×119 g·mol—1-0.04mol×93 g·mol—1)÷18 g·mol—1=0.08 mol，n(NiCO3):n[Ni(OH)2]:n (H2O)=0.02 mol:0.04 mol:0.08 mol =1:2:4 ，故該樣品的化學(xué)式為NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O

【解析】 ⑴根據(jù)Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15，Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39，Ni2+開始沉淀的pH=14-(-lg) =14-(-lg )=14-(-lg1×10-7)=7，Fe3+沉淀完全時的pH=14-(-lg) =14-(-lg )=14-(-lg1×10-11)=3，步驟I中去除雜質(zhì)Fe3+，需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為3~7，故答案為：3~7；

⑵當(dāng)x:y:z=1:1:1時，步驟Ⅱ中產(chǎn)生沉淀的離子方程式為2Ni2+＋4HCO3－=NiCO3·Ni(OH)2·H2O↓＋3CO2↑，故答案為：2Ni2+＋4HCO3－=NiCO3·Ni(OH)2·H2O↓＋3CO2↑；

⑶步驟Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡可以除去水，便于快速晾干，故答案為：除去水，便于快速晾干；

(4). n(CO2) + n(N2)= =0.05mol；n(NiO)= =0.06mol。

設(shè)7.54g樣品中含有NiCO3、Ni(OH)2的物質(zhì)的量分別為a、b，則有：a + =0.05mol，a+b=0.06mol ；解得：a=0.02 mol、b=0.04 mol。7.54g樣品中含有結(jié)晶水的物質(zhì)的量：n(H2O)=(7.54g-0.02mol×119 g·mol—1-0.04mol×93 g·mol—1)÷18 g·mol—1=0.08 mol，n(NiCO3):n[Ni(OH)2]:n (H2O)=0.02 mol:0.04 mol:0.08 mol =1:2:4 ，故該樣品的化學(xué)式為NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O，故答案為：NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O。