Question

6．以含镍（Ni²⁺）废液为原料生产NiOOH和NiSO₄•6H₂O的一种工艺流程如图1：
（1）加入Na₂CO₃溶液时，确认Ni²⁺已经完全沉淀的实验方法是静置，取上层清液少许于试管中，向试管中滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，若无沉淀生成，则Ni²⁺已沉淀完全，否则没有完全沉淀．
（2）实验操作1是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥
（3）写出在空气中加热Ni（OH）₂制取NiOOH的化学方程式：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O．
（4）若加热不充分，制得的NiOOH中会混有Ni（OH）₂，其组成可表示为xNiOOH•yNi（OH）₂．
①现称取9.18g样品溶于稀硫酸，加入100mL 1.0mol•L^-1Fe²⁺标准溶液，搅拌至溶液清亮，定容至200mL．取出20.00mL，用0.010mol•L^-1KMnO₄标准溶液滴定，用去KMnO₄标准溶液20.00mL．涉及反应如下（均未配平）：
NiOOH+Fe²⁺+H⁺-Ni²⁺+Fe³⁺+H₂O　　
Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O．
试确定x、y的值后写出样品的组成9NiOOH•Ni（OH）₂
②该样品中物质和一种碳纳米管能够吸附氢气的碳电极可作充电电池（如图2所示）．该电池的电解质为6mol•L^-1KOH溶液
ⅰ．充电时将碳电极与电源的负极相连
ⅱ．放电时镍电极反应为NiO（OH）+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-
ⅲ．放电时碳电极反应为H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O

Answer 1

分析 含镍（Ni²⁺）废液为原料生产NiOOH和NiSO₄•6H₂O，在含Ni⁺的废液中加入碳酸钠溶液，过滤得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入试剂调节溶液的pH使镍离子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空气中加热Ni（OH）₂制取NiOOH．NiSO₄溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO₄•6H₂O．
（1）静置，取上层清液滴加Na₂CO₃溶液，若无沉淀生成，则Ni²⁺已沉淀完全；
（2）从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（3）空气中加热Ni（OH）₂和空气中氧气反应生成NiOOH和水；
（4）①根据电子转移守恒计算200mL溶液中n（Fe²⁺），即为与NiOOH反应后剩余的Fe²⁺物质的量，进而计算与NiOOH反应的Fe²⁺的物质的量，根据电子转移守恒计算n（NiOOH），根据m=nM计算m（NiOOH），再计算n[Ni（OH）₂]，根据x：y=n（NiOOH）：n[Ni（OH）₂]确定样品组成；
②ⅰ．由图可知，充电时，电子流向碳电极，碳电极为阴极；
ⅱ．放电时镍电极为正极，发生还原反应，NiO（OH）获得电子生成Ni（OH）₂；
ⅲ．放电时碳电极为负极，发生氧化反应，氢气失去电子，在碱性条件下生成水．

解答 解：含镍（Ni²⁺）废液为原料生产NiOOH和NiSO₄•6H₂O，在含Ni⁺的废液中加入碳酸钠溶液，过滤得到NiCO₃沉淀，沉淀中加入硫酸溶解生成NiSO₄，加入试剂调节溶液的pH使镍离子全部沉淀生成Ni（OH）₂，在空气中加热Ni（OH）₂制取NiOOH．NiSO₄溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO₄•6H₂O．
（1）确认Ni²⁺已经完全沉淀的实验方法是：静置，取上层清液少许于试管中，向试管中滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，若无沉淀生成，则Ni²⁺已沉淀完全；否则，没有完全沉淀，
故答案为：静置，取上层清液少许于试管中，向试管中滴加1～2滴Na₂CO₃溶液，若无沉淀生成，则Ni²⁺已沉淀完全，否则没有完全沉淀；
（2）实验操作I、1是从溶液中获得晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（3）空气中加热Ni（OH）₂和空气中氧气反应生成NiOOH和水，原子守恒配平书写化学方程式为：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O，
故答案为：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（4）①消耗KMnO₄物质的量：0.01 mol•L^-1×0.02L=2×10^-4 mol，
根据电子转移守恒，可知与NiOOH反应后剩余的Fe²⁺物质的量：2×10^-4 mol×5×（200÷20）=0.01 mol
Fe²⁺总物质的量：1.0 mol•L^-1×0.1 L=0.1 mol，
与NiOOH反应的Fe²⁺的物质的量：0.1 mol-0.01 mol=0.09 mol
根据电子转移守恒，可知n（NiOOH）=0.09 mol，
m（NiOOH）=91.7 g•mol^-1×0.09 mol=8.253 g
n[Ni（OH）₂]=$\frac{9.18g-8.253g}{92.7g/mol}$=0.01 mol
x：y=n（NiOOH）：n[Ni（OH）₂]=0.09 mol：0.01 mol=9：1，
故样品的组成为9NiOOH•Ni（OH）₂，
故答案为：9NiOOH•Ni（OH）₂；
②ⅰ．由图可知，充电时，电子流向碳电极，碳电极为阴极，应连接电源的负极，故答案为：负极；
ⅱ．放电时镍电极为正极，发生还原反应，NiO（OH）获得电子生成Ni（OH）₂，电极反应式为：NiO（OH）+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，故答案为：NiO（OH）+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-；
ⅲ．放电时碳电极为负极，发生氧化反应，氢气失去电子，在碱性条件下生成水，电极反应式为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．

点评 本题考查物质制备方案、物质组成的测定、原电池与电解池原理，题目综合性强，是对学生综合能力的考查，（4）中组成测定过程复杂、计算量大，明确原理是关键，为易错点、难点，难点中等．