Question

8．三氧化二镍（Ni₂O₃）是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料．工业上通常利用镍合金废料（镍、铁、铜、钙、镁合金）制取草酸镍晶体（NiC₂O₄.2H₂0），再高温煅烧草酸镍晶体得到三氧化二镍．
已知：草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水．
根据下列流程示意图回答问题．

（1）镍合金废料通过酸溶后，向所得溶液中加入H₂O₂溶液氧化Fe²⁺的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；加入Na₂CO₃溶液调pH至4.0〜4.5，调pH的目的是促进铁离子水解并沉淀完全．
（2）通入H₂S气体，除铜的过程中镍的损失很小，可以忽略．写出通入H₂S气体发生的主要反应的离子方程式H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺；推测加入NH₄F溶液的作用是除去Ca²⁺、Mg²⁺离子．
（4）工业上还可用次氯酸钠溶液在烧碱溶液中将氯化镍（NiCl₂）氧化得到Ni₂O₃，写出发生反应的化学方程式：NaClO+2NiCl₂+4NaOH=5NaCl+Ni₂O₃↓+2H₂O．
（5）工业上用电解法制取Ni₂O₃的过程中，实际得到的是一种结晶水合物．已知含2molNi的该物质中含有1mol结晶水．取该化合物20.2g在200～300℃下充分加热，获得Ni₂O₃固体和0.2mol水，则该结晶水合物的化学式为2NiOOH•H₂O或（NiOOH）₂•H₂O．

Answer 1

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Fe²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺，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通入H₂S气体沉淀铜离子，过滤后在滤液中加入NH₄F沉淀钙离子和镁离子，过滤得到溶液含有Ni²⁺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）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，加入Na₂CO₃溶液调pH至4.0〜4.5，促进铁离子水解形成氢氧化铁沉淀；
（2）通入H₂S气体沉淀铜离子，生成CuS沉淀，加入NH₄F沉淀钙离子和镁离子；
（4）次氯酸钠溶液在烧碱溶液中将氯化镍（NiCl₂）氧化得到Ni₂O₃，镍元素化合价升高，则氯元素化合价降低生成氯离子，据此分析；
（5）依据（4）的计算结果和原子守恒分析写出化学式．

解答 解：（1）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，加入碳酸钠溶液的作用是调节pH，促进铁离子水解沉淀完全；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；促进铁离子水解并沉淀完全；
（2）通入H₂S气体沉淀铜离子，生成CuS沉淀，离子方程式为：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺；加入NH₄F沉淀钙离子和镁离子，除去Ca²⁺、Mg²⁺离子与镍离子分离；
故答案为：H₂S+Cu²⁺=CuS↓+2H⁺；除去Ca²⁺、Mg²⁺离子；
（4）次氯酸钠溶液在烧碱溶液中将氯化镍（NiCl₂）氧化得到Ni₂O₃，镍元素化合价升高，则氯元素化合价降低生成氯离子，化学方程式为：NaClO+2NiCl₂+4NaOH=5NaCl+Ni₂O₃↓+2H₂O；
故答案为：NaClO+2NiCl₂+4NaOH=5NaCl+Ni₂O₃↓+2H₂O；
（5）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，“含2molNi的该物质中含有1mol结晶水”，即：2NiOOH•H₂O或 （NiOOH）₂•H₂O；
故答案为：2NiOOH•H₂O或 （NiOOH）₂•H₂O．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、物质组成的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．