Question

11．堿式氧化鎳（NiOOH）可用作鎳氫電池的正極材料．以含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH的一種工藝流程如下：

（1）加入Na₂CO₃溶液時(shí)，確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，無(wú)沉淀生成．
（2）已知K_sp[Ni（OH）₂]=2×10^-15，欲使NiSO₄溶液中殘留c（Ni²⁺）≤2×10^-5 mol•L^-1，調(diào)節(jié)pH的范圍是pH≥9．
（3）寫(xiě)出在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH的化學(xué)方程式：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O．
（4）若加熱不充分，制得的NiOOH中會(huì)混有Ni（OH）₂，其組成可表示為xNiOOH•yNi（OH）₂．現(xiàn)稱(chēng)取9.18g樣品溶于稀硫酸，加入100mL 1.0mol•L^-1 Fe²⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌至溶液清亮，定容至200mL．取出20.00mL，用0.010mol•L^-1 KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，用去KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL，試通過(guò)計(jì)算確定x、y的值（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）．涉及反應(yīng)如下（均未配平）：NiOOH+Fe²⁺+H⁺-Ni²⁺+Fe³⁺+H₂O  Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O．

Answer 1

分析 含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH，在含Ni⁺的廢液中中加入碳酸鈉溶液，過(guò)濾得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入試劑調(diào)節(jié)溶液的pH使鎳離子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH，
（1）確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是取上層清液，加入碳酸鈉溶液觀察是否有沉淀生成，判斷鎳離子是否全部沉淀；
（2）依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算溶液中氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積常數(shù)計(jì)算溶液中的氫離子濃度，pH=-lgc（H⁺）；
（3）空氣中加熱Ni（OH）₂和空氣中氧氣反應(yīng)生成NiOOH和水；
（4）消耗KMnO₄物質(zhì)的量：0.01 mol•L^-1×0.02L=2×10^-4 mol，
與NiOOH反應(yīng)后剩余的Fe²⁺物質(zhì)的量：2×10^-4 mol×5×（200÷20）=0.01 mol
Fe²⁺總物質(zhì)的量：1.0 mol•L^-1×0.1 L=0.1 mol
與NiOOH反應(yīng)的Fe²⁺的物質(zhì)的量：0.1 mol-0.01 mol=0.09 mol
得到n（NiOOH）=0.09 mol，計(jì)算得到NiOOH的質(zhì)量，得到混合物中Ni（OH）2的質(zhì)量，計(jì)算物質(zhì)的量，依據(jù)xNiOOH•yNi（OH）₂計(jì)算x和y的比值．

解答 解：含鎳（Ni²⁺）廢液為原料生產(chǎn)NiOOH，在含Ni⁺的廢液中中加入碳酸鈉溶液，過(guò)濾得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入試劑調(diào)節(jié)溶液的pH使鎳離子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH，
（1）確認(rèn)Ni²⁺已經(jīng)完全沉淀的實(shí)驗(yàn)方法是取上層清液，加入碳酸鈉溶液觀察是否有沉淀生成，判斷鎳離子是否全部沉淀，具體操作步驟為：靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，無(wú)沉淀生成；
故答案為：靜置，在上層清液中繼續(xù)滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，無(wú)沉淀生成；
（2）已知K_sp[Ni（OH）₂]=2×10^-15，欲使NiSO₄溶液中殘留c（Ni²⁺）≤2×10^-5 mol•L^-1，
K_sp[Ni（OH）₂]=c（Ni²⁺）×c²（OH^-）=2×10^-15，c（OH^-）=$\sqrt{\frac{2×10{\;}^{-15}}{2×10{\;}^{-5}}}$=10^-5mol/L，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-5}}$=10^-9mol/L，pH=9；
c（Ni²⁺）≤2×10^-5 mol•L^-1，調(diào)節(jié)pH的范圍是pH≥9；
故答案為：pH≥9；
（3）空氣中加熱Ni（OH）₂和空氣中氧氣反應(yīng)生成NiOOH和水，原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O，
故答案為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（4）消耗KMnO₄物質(zhì)的量：0.01 mol•L^-1×0.02L=2×10^-4 mol
與NiOOH反應(yīng)后剩余的Fe²⁺物質(zhì)的量：2×10^-4 mol×5×（200÷20）=0.01 mol
Fe²⁺總物質(zhì)的量：1.0 mol•L^-1×0.1 L=0.1 mol
與NiOOH反應(yīng)的Fe²⁺的物質(zhì)的量：0.1 mol-0.01 mol=0.09 mol
n（NiOOH）=0.09 mol
m（NiOOH）=91.7 g•mol^-1×0.09 mol=8.253 g
n[Ni（OH）₂]=$\frac{9.18g-8.253g}{92.7g•mol{\;}^{-1}}$=0.01 mol
x：y=n（NiOOH）：n[Ni（OH）₂]=0.09 mol：0.01 mol=9：1，
即x=9、y=1，
答：x、y的值分別為9、1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析判斷，溶度積常數(shù)和離子積常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，注意流程的理解應(yīng)用，掌握實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和物質(zhì)性質(zhì)是關(guān)鍵，題目難度中等．