Question

18．三氧化二镍（Ni₂O₃）是一种重要的电子元件材料、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，再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍．已知草酸的钙、镁、镍盐难溶于水．下列工艺流程示意图如下：

回答下列问题：
（1）为提高酸溶操作中镍废料的转化率，可采取的措施有延长酸溶时间，提高酸溶温度、酸的浓度、充分搅拌，研磨废料增大接触面积（答出三条）；
（2）加入H₂O₂发生的主要反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）加入NH₄F后除掉的杂质是Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）上述反应制出的Ni₂O₃可用于镍氢电池的原料，在碱性条件下，镍氢电池的反应为
3Ni₂O₃+LaNi₅H₆+3H₂O$?_{充电}^{放电}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．该电池放电时，负极电极反应式为LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O
（5）工业上还可用电解法制取Ni₂O₃．用NaOH溶液调节NiCl₂溶液pH至7.5，加入适量Na₂SO₄后采用惰性电极进行电解．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．当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为1.25a mol．电解法制取Ni₂O₃实际过程中，先获得一种结晶水合物，已知含1molNi的该结晶水合物中含有0.5mol结晶水．取该化合物20.2g进行充分加热，而获得Ni₂O₃固体和0.2mol水，则该结晶水合物的化学式为NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O或2NiOOH•H₂O．

Answer 1

分析 流程分析，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．镍废料加入酸溶解后过滤得到滤液中含有亚铁离子、钙离子、镁离子、镍离子，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液的PH，使铁离子全部沉淀，过滤后的滤液在加入NH₄F沉淀钙离子和镁离子，过滤得到溶液含有镍离子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸镍，蒸发浓缩结晶析出晶体为目标产物NiC₂O₄•2H₂O；
（1）镍废料中主要是镍、铁、钙、镁合金为主，操作Ⅰ是酸溶后过滤，溶解金属，除去不溶物，提高为提高酸溶操作中镍废料的转化率可以延长酸溶时间，提高温度、酸的浓度、充分搅拌，研磨废料增大接触面积等影响反应速率的因素分析；
（2）过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，依据电荷守恒和原子守恒书写离子方程式；
（3）氟化钙、氟化镁难溶于水；
（4）依据电池反应，放电为原电池反应，负极是LaNi₅H₆在碱溶液中失电子生成LaNi₅；
（5）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，最后可利用O原子检查配平是否正确；依据化学方程式和元素守恒计算得到，依据原子守恒分析写出化学式；

解答 解：流程分析，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．镍废料加入酸溶解后过滤得到滤液中含有亚铁离子、钙离子、镁离子、镍离子，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入碳酸钠溶液调节溶液的PH，使铁离子全部沉淀，过滤后的滤液在加入NH₄F沉淀钙离子和镁离子，过滤得到溶液含有镍离子的溶液，在溶液中加入草酸生成草酸镍，蒸发浓缩结晶析出晶体为目标产物NiC₂O₄•2H₂O；
（1）镍废料中主要是镍、铁、钙、镁合金为主，操作Ⅰ是酸溶后过滤，溶解金属，除去不溶物，提高为提高酸溶操作中镍废料的转化率可以延长酸溶时间，提高温度、酸的浓度、充分搅拌，研磨废料增大接触面积等影响反应速率的因素分析；
故答案为：延长酸溶时间，提高酸溶温度、酸的浓度、充分搅拌，研磨废料增大接触面；
（2）加双氧水的目的是氧化生成Fe³⁺，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）再加入NH₄F的目的是除去钙离子、镁离子；
故答案为：Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）依据电池反应，3Ni₂O₃+LaNi₅H₆+3H₂O$?_{充电}^{放电}$LaNi₅+6Ni（OH）₂．该电池放电时为原电池反应，负极是LaNi₅H₆在碱溶液中失电子生成LaNi₅，电极反应为：LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O；
故答案为：LaNi₅H₆-6e^-+6OH^-=LaNi₅+6H₂O；
（5）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，最后可利用O原子检查配平是否正确，得到离子方程式为：ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O；
 ClO^-+2Ni（OH）₂═Cl^-+Ni₂O₃+2H₂O
  1    2
n（ClO^-） a mol 
则n（ClO^-）=0.5 a mol
       Cl₂+2OH^-═ClO^-+Cl^-+H₂O
0.8n（Cl₂）     0.5 a mol 
则n（Cl₂）=0.625 a mol
进行电解时：2Cl^--2e^-═Cl₂↑
                 2   1
              n（e^-）  0.625 a mol 
则n（e^-）=1.25a mol；
0.2 mol水的质量为3.6g，则m（Ni₂O₃）=20.2 g-3.6g=16.6g，n（Ni₂O₃）=0.1mol，即：n（Ni₂O₃）：n（H₂O）=0.1mol：0.2 mol=1：2，再利用原子守恒写成结晶水合物的形式，“1mol该物质中含有0.5 mol结晶水”，即NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O或整合成：2NiOOH•H₂O；
故答案为：1.25a mol；NiOOH•$\frac{1}{2}$H₂O 或2NiOOH•H₂O．

点评 本题考查了流程分析推断，实验操作步骤的分析判断，化学方程式计算和电解原理分析应用，题目综合性较大，难度较大．