Question

10．目前，全世界的鎳消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第五位．鎳行業(yè)發(fā)展蘊藏著巨大的潛力．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）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
根據下列工藝流程圖回答問題：

（1）加6%的H₂O₂時，溫度不能太高，其目的是減少過氧化氫的分解．若H₂O₂在一開始酸溶時便與鹽酸一起加入，會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pH，使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，常溫下當溶液中c（Fe³⁺）=0.5×10^-5mol/L時，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熱到400℃，可生成三氧化二鎳和無毒氣體，寫出該反應的化學方程式4（NiC₂O₄•2H₂O）+3O₂ $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O．
（5）工業(yè)上還可用電解法制取三氧化二鎳，用NaOH溶液調節(jié)NiCl₂溶液的pH至7.5，再加入適量Na₂SO₄進行電解，電解產生的Cl₂其80%的可將二價鎳氧化為三價鎳．寫出Cl₂氧化Ni（OH）₂生成三氧化二鎳的離子方程式Cl₂+2Ni（OH）₂+2OH^-=Ni₂O₃+2Cl^-+3H₂O；將a mol二價鎳全部轉化為三價鎳時，外電路中通過電子的物質的量是1.25amol．
（6）近年來鎳氫電池發(fā)展很快，它可由NiO（OH）跟LaNi₅H₆（LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零）組成：6NiO（OH）+LaNi₅H₆$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．該電池放電時，負極反應是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，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⁺，加入鎳的混合物調節(jié)pH使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中含有NiCl₂、MgCl₂、CaCl₂，向濾液中加入NH₄F，過濾，再向濾液中加入Na₂C₂O₄，過濾得到草酸鎳晶體，故加入NH₄F應是除去溶液中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，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Ksp[（Fe（OH））₃]計算反應中c（OH^-），再根據水的離子積計算c（H⁺），調節(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生，所以加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根據題目可知無毒氣體是二氧化碳，同時有水生成，由氧元素守恒可知，應有氧氣參加反應，配平書寫方程式；
（5）根據氧化還原反應理論，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，配平書寫化學方程式，根據電子轉移守恒計算反應中需要氯氣物質的量，再根據氯氣利用率計算電解生成氯氣物質的量，根據電子轉移守恒計算電路中通過電子；
（6）NiO（OH）中Ni的化合價是+3價，Ni（OH）₂中Ni是+2價，化合價降低，發(fā)生還原反應，所以放電時負極應發(fā)生氧化反應，LaNi₅H₆為負極反應物質，LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零，所以化合價升高的只能是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，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⁺，加入鎳的混合物調節(jié)pH使Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中含有NiCl₂、MgCl₂、CaCl₂，向濾液中加入NH₄F，過濾，再向濾液中加入Na₂C₂O₄，過濾得到草酸鎳晶體，故加入NH₄F應是除去溶液中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，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，所以反應的離子方程式為：Cu+H₂O₂+2H⁺=Cu²⁺+2H₂O，
反應答案為：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）根據題目可知無毒氣體是二氧化碳，同時有水生成，由氧元素守恒可知，應有氧氣參加反應，所以化學方程式為4（NiC₂O₄•2H₂O）+3O₂ $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O，
故答案為：4（NiC₂O₄•2H₂O）+3O₂ $\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O；
（5）根據氧化還原反應理論，Cl₂氧化Ni（OH）₂生成三氧化二鎳，自身被還原為氯離子，還有水生成，化學方程式為：Cl₂+2Ni（OH）₂+2OH^-=Ni₂O₃+2Cl^-+3H₂O；amol二價鎳全部轉化為三價鎳時，根據電子轉移守恒需要氯氣$\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氯氣轉移2mol電子，所以外電路中通過電子的物質的量是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的化合價是+3價，Ni（OH）₂中Ni是+2價，化合價降低，發(fā)生還原反應，所以放電時負極應發(fā)生氧化反應，LaNi₅H₆為負極反應物質，LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零，所以化合價升高的只能是H元素，堿性條件下得到LaNi₅與H₂O，電極反應式為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O，
故答案為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O．

點評 本題考查制備方案，涉及化學工藝流程、對操作與試劑的分析評價、化學方程式書寫、原電池與電解原理等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與遷移運用能力，難度中等．