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11.碱式氧化镍(NiOOH)可用作镍氢电池的正极材料.以含镍(Ni2+)废液为原料生产NiOOH的一种工艺流程如下:

(1)加入Na2CO3溶液时,确认Ni2+已经完全沉淀的实验方法是静置,在上层清液中继续滴加1~2滴Na2CO3溶液,无沉淀生成.
(2)已知Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15,欲使NiSO4溶液中残留c(Ni2+)≤2×10-5 mol•L-1,调节pH的范围是pH≥9.
(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.现称取9.18g样品溶于稀硫酸,加入100mL 1.0mol•L-1 Fe2+标准溶液,搅拌至溶液清亮,定容至200mL.取出20.00mL,用0.010mol•L-1 KMnO4标准溶液滴定,用去KMnO4标准溶液20.00mL,试通过计算确定x、y的值(写出计算过程).涉及反应如下(均未配平):NiOOH+Fe2++H+-Ni2++Fe3++H2O  Fe2++MnO4-+H+-Fe3++Mn2++H2O.

分析 含镍(Ni2+)废液为原料生产NiOOH,在含Ni+的废液中中加入碳酸钠溶液,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,
(1)确认Ni2+已经完全沉淀的实验方法是取上层清液,加入碳酸钠溶液观察是否有沉淀生成,判断镍离子是否全部沉淀;
(2)依据溶度积常数计算溶液中氢氧根离子浓度,结合离子积常数计算溶液中的氢离子浓度,pH=-lgc(H+);
(3)空气中加热Ni(OH)2和空气中氧气反应生成NiOOH和水;
(4)消耗KMnO4物质的量:0.01 mol•L-1×0.02L=2×10-4 mol,
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
得到n(NiOOH)=0.09 mol,计算得到NiOOH的质量,得到混合物中Ni(OH)2的质量,计算物质的量,依据xNiOOH•yNi(OH)2计算x和y的比值.

解答 解:含镍(Ni2+)废液为原料生产NiOOH,在含Ni+的废液中中加入碳酸钠溶液,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,
(1)确认Ni2+已经完全沉淀的实验方法是取上层清液,加入碳酸钠溶液观察是否有沉淀生成,判断镍离子是否全部沉淀,具体操作步骤为:静置,在上层清液中继续滴加1~2滴Na2CO3溶液,无沉淀生成;
故答案为:静置,在上层清液中继续滴加1~2滴Na2CO3溶液,无沉淀生成;
(2)已知Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15,欲使NiSO4溶液中残留c(Ni2+)≤2×10-5 mol•L-1
Ksp[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,调节pH的范围是pH≥9;
故答案为:pH≥9;
(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{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H2O;
(4)消耗KMnO4物质的量:0.01 mol•L-1×0.02L=2×10-4 mol
与NiOOH反应后剩余的Fe2+物质的量:2×10-4 mol×5×(200÷20)=0.01 mol
Fe2+总物质的量:1.0 mol•L-1×0.1 L=0.1 mol
与NiOOH反应的Fe2+的物质的量:0.1 mol-0.01 mol=0.09 mol
n(NiOOH)=0.09 mol
m(NiOOH)=91.7 g•mol-1×0.09 mol=8.253 g
n[Ni(OH)2]=$\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的值分别为9、1.

点评 本题考查了物质分离方法和实验过程分析判断,溶度积常数和离子积常数的计算应用,注意流程的理解应用,掌握实验基础和物质性质是关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.化学在环境保护中起着十分重要的作用.催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染.
(1)机动车尾气和煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOX可以消除氮氧化物的污染.已知:
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-56.9kJ/mol
H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ/mol
写出CH4催化还原N2O4(g)生成N2和H2O(l)的热化学方程式:CH4(g)+N2O4(g)═N2(g)+2H2O(g)+CO2(g)△H=-898.1kJ/mol.
(2)催化反硝化法中,H2能将NO${\;}_{3}^{-}$还原为N2,溶液的pH由7变为12.
①N2的结构式为N≡N.
②上述反应离子方程式为2NO3-+5H2=N2+2OH-+4H2O.
(3)电化学降解NO${\;}_{3}^{-}$的原理如下图1所示,则电源正极为A(填“A”或“B”).

(4)通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作原理示意图如图2
①Pt电极上发生的是还原反应(填“氧化”或“还原”).
②写出NiO电极的电极反应式:NO+O2--2e-=NO2

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.下列各项操作中,发生“先产生沉淀,然后沉淀质量减少,但沉淀不消失”现象的是(  )
①向MgCl2和AlCl3的混合溶液中逐滴加入过量NaOH
②向KAl(SO42溶液中逐滴加入过量Ba(OH)2
③向AgNO3溶液中逐滴加入过量氨水
④向Na2SiO3溶液中逐滴加入过量的盐酸.
A.①②B.只有①C.②③D.①②④

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

19.室温时.100mL0.1mol•L某一元弱酸HA溶液的pH=4.[已知pH=-lgc(H+)]
(1)计算该弱酸HA的电离平衡常数Ka
(2)若将该溶液稀释10倍.计算HA的电离平衡常数K′a

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

6.某地煤矸石经预处理后含SiO2(63%)、Al2O3(25%)、Fe2O3(5%)及少量钙镁的化合物等,一种综合利用工艺设计如下:

(3)物质X的化学式为CO2.“碱”时反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.
(4)为加快“酸浸”时的速率,可采取的措施有增大盐酸的浓度、升高反应温度、减小煤矸石颗粒大小、充分搅拌等等.(填两种即可)
(5)已知Fe3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2,Al3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4为了获得更多产品Al(OH)3,从煤矸石的盐酸浸取液开始,若只用CaCO3一种试剂,后续操作的实验方案是加入CaCO3调节pH到5.4,过滤得到沉淀.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.在一固定体积的密闭容器中,进行着下列化学反应:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如下表:
T(℃)70080083010001200
K0.60.91.01.72.6
则下列有关的叙述正确的是(  )
A.该反应为放热反应
B.可测量容器总压变化来判定化学反应是否达到平衡
C.若在某平衡状态时,c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),此时的温度为830℃
D.达平衡时,浓度:c(CO2)=c(CO)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.现有以下四组物质:
A CH3CH2CH2CH3与CH3CH(CH3)CH3      
B.金刚石和石墨
C. ${\;}_{6}^{12}$C和${\;}_{6}^{13}$C    
D.CH4和CH3CH2CH3
请你根据题意,选择恰当的选项用字母代号填空.
①互为同位素的是C;
②互为同素异形体的是B;
③互为同分异构体的是A;
④互为同系物的是D.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

20.实验室可以用KClO3和50mL浓盐酸反应制取Cl2,反应原理如下:KClO3+HCl→KCl+Cl2↑+H2O
(1)配平上述化学方程式并用单线桥标出电子转移方向与数目;
(2)浓盐酸在上述反应中表现出来的性质是C(填选项编号)
A.只有氧化性        B.只有还原性        C.还原性和酸性       D.氧化性和酸性
(3)若产生0.1mol Cl2,则转移电子的物质的量为0.17mol(保留两位小数)
(4)若反应中HCl的利用率只有50%,当氧化产物比还原产物比还原产物多7.1g时,浓盐酸的物质的量浓度为12mol/L.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.氢能是重要的新能源.储氢作为氢能利用的关键技术,是当前关注的热点之一.
(1)氢气是清洁能源,其燃烧产物为H2O.
(2)NaBH4是一种重要的储氢载体,能与水反应达到NaBO2与氢气,且反应前后B的化合价不变,该反应的化学方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑,反应消耗1mol NaBH4时转移的电子数目为4NA或2.408×1024
(3)实验室制取氯气可运用下列反应:KClO3+6HCl═KCl+3Cl2↑+3H2O,试问有3mol Cl2生成时,被氧化的氯化氢的质量是182.5g.(Cl的相对原子质量为35.5.)

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