Question

（15分）目前，全世界的镍消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。镍行业发展蕴藏着巨大的潜力。镍化合物中的三氧化二镍是一种重要的电子元件材料和二次电池材料。工业上可利用含镍合金废料（除镍外，还含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等杂质）制取草酸镍，然后高温煅烧草酸镍来制取三氧化二镍。
已知：①草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水，且溶解度：NiC₂O₄> NiC₂O₄·H₂O> NiC₂O₄·2H₂O
②常温下，Ksp[(Fe(OH))₃]=4.0×10^-38,lg5=0.7
根据下列工艺流程图回答问题：

（1）加6%的H₂O₂时，温度不能太高，其目的是              。若H₂O₂在一开始酸溶时便与盐酸一起加入，会造成酸溶过滤后的滤液中增加一种金属离子，用离子方程式表示这一情况                             。
（2）流程中有一步是调pH，使Fe³⁺转化为Fe(OH)₃沉淀，常温下当溶液中c (Fe³⁺)=0.5×10^-5mol/L时，溶液的pH=          。
（3）流程中加入NH₄F的目的是           。
（4）将最后所得的草酸镍晶体在空气中强热到400℃，可生成三氧化二镍和无毒气体，写出该反应的化学方程式                         。
（5）工业上还可用电解法制取三氧化二镍，用NaOH溶液调节NiCl₂溶液的pH至7.5，再加入适量Na₂SO₄进行电解，电解产生的Cl₂其80%的可将二价镍氧化为三价镍。写出Cl₂氧化Ni(OH)₂生成三氧化二镍的离子方程式                  ；将amol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是                     。
（6）近年来镍氢电池发展很快，它可由NiO(OH)跟LaNi₅H₆(LaNi₅H₆中各元素化合价均可看作是零)组成：6NiO(OH)+LaNi₅H₆ LaNi₅+6Ni(OH)₂。该电池放电时，负极反应是                   。

Answer 1

（15分）（1）减少过氧化氢的分解（1分）  Cu+ H₂O₂+2H⁺= Cu²⁺+ 2H₂O（2分）
（2）3.3（2分）
（3）除去Ca²⁺、Mg²⁺（2分）
（4）4(NiC₂O_4·2H₂O)+3O₂ 2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O（2分）
（5）Cl₂+2Ni(OH)₂+2OH^-=Ni₂O₃ +2Cl^-+3H₂O（2分）   1.25a mol（2分）
（6）LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O（2分）

试题分析：（1）过氧化氢受热易分解，所以温度不能过高的原因是减少过氧化氢的分解；Fe、Ca、Mg均与盐酸直接反应，过氧化氢的加入造成酸溶过滤后的滤液中增加一种金属离子，则该金属离子只能是铜离子，所以反应的离子方程式为Cu+ H₂O₂+2H⁺= Cu²⁺+ 2H₂O；
（2）Ksp[(Fe(OH))₃]=4.0×10^-38=c(Fe³⁺)c(OH^-)³，c(OH^-)³=8×10^-33mol/L，c(OH^-)=2×10^-11mol/L，所以c(H⁺)=5×10^-4，lg5=0.7，所以pH=3.3；
（3）加入NH₄F后的操作是过滤，说明该过程有沉淀产生，所以加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根据题目可知无毒气体是二氧化碳，
所以化学方程式为4(NiC₂O_4·2H₂O)+3O₂ 2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O；
（5）根据氧化还原反应理论，Cl₂氧化Ni(OH)₂生成三氧化二镍，自身被还原为氯离子，化学方程式为Cl₂+2Ni(OH)₂+2OH^-=Ni₂O₃ +2Cl^-+3H₂O；amol二价镍全部转化为三价镍时，需要氯气0.5amol，氯气的利用率是80%，则电解过程中的氯气是0.5amol/0.8，每生成1mol氯气转移2mol电子，所以外电路中通过电子的物质的量是0.5amol/0.8×2=1.25amol；
（6）NiO(OH)中Ni的化合价是+3价，Ni(OH)₂中Ni是+2价，化合价降低，发生还原反应，所以放电时负极应发生氧化反应，LaNi₅H₆为负极反应物质，LaNi₅H₆中各元素化合价均可看作是零，所以化合价升高的只能是H元素，电极反应式为LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O。