Question

【化学—选修2：化学与技术】

三氧化二镍（Ni₂O₃）是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料。工业上利用含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主）制取草酸镍（NiC₂O₄·2H₂O），再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。工艺流程图如下所示。

请回答下列问题：

（1）操作Ⅰ为                    。

（2）①加入H₂O₂发生的主要反应的离子方程式为                             ；

②加入碳酸钠溶液调pH至4.0~5.0，其目的为                           ；

（3）草酸镍（NiC₂O₄·2H₂O）在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧，可制得Ni₂O₃，同时获得混合气体。NiC₂O₄受热分解的化学方程式为                               。

（4）工业上还可用电解法制取Ni₂O₃，用NaOH溶液调NiCl₂溶液的pH至7.5，加入适量Na₂SO₄后利用惰性电极电解。电解过程中产生的Cl₂有80%在弱碱性条件下生成ClO^-，再把二价镍氧化为三价镍。ClO^-氧化Ni(OH)₂生成Ni₂O₃的离子方程式为           。a mol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量为              。

（5）以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时，NiO(OH)转化为Ni(OH)₂，该电池反应的化学方程式是                               。

Answer

（1）加酸溶解，过滤

（2）①2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O ②促进Fe3+水解，沉淀完全

（3）2NiC2O4 = Ni2O3+3CO↑+CO2↑ （4）ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O 1.25a mol

（5）Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2

【解析】

试题分析：（1）分析工艺流程图可知，含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主），要使之变成离子，应该加酸溶解金属，再除去不溶物，所以操作Ⅰ为加酸溶解，过滤。

（2）①加双氧水的目的是氧化Fe2＋生成Fe3+，反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

②加入碳酸钠溶液的作用是调节pH，促进铁离子水解，沉淀完全；

（3）草酸镍（NiC2O4•2H2O）在热空气中干燥脱水后生成NiC2O4，NiC2O4再发生氧化还原反应，Ni由+2价升高到+3价，则C由+3价降低到+2价，因为生成了混合气体，则另一气体为CO2，所以反应生成Ni2O3、CO、CO2，再利用化合价升降相等，Ni：升高2×（3-2），C：升高1×（4-3），C：降低：3×（3-2），配平方程式为：2NiC2O4 Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

（4）ClO－具有氧化性，Cl由+1价降低到-1价，Ni由+2价升高到+3价，利用化合价升降相等可配平ClO-、Ni(OH)2、Cl-、Ni2O3的系数，再利用H原子守恒配平水的系数，得到的离子方程式为ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O；根据离子方程式ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O，a mol二价镍全部转化为三价镍，则参加反应的ClO－的物质的量为0.5amol，根据化学反应Cl2+2OH-═ClO-+Cl-+H2O，已知电解过程中产生的Cl2有80%在弱碱性条件下生成ClO-，参加反应的Cl2的物质的量为0.5a÷80%=0.625 a mol，进行电解时，阳极反应式为2Cl--2e-═Cl2↑，则n（e-）=0.625mol×2=1.25a mol。

（5）以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液组成一种新型电池，放电时，NiO(OH)转化为Ni(OH)2，Ni的化合价由+3价降低到+2价，则正极反应为3NiO(OH)+3e－+3H2O=3Ni(OH)2+3OH－，负极是Al失电子生成NaAlO2，负极电极反应为Al-3e－+4OH－=AlO2-+2H2O，正、负极相加得电池的总反应，则该电池反应的化学方程式是Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2。