Question

【題目】鎳粉常用于各種高光澤裝飾漆和塑料生產，也常用作催化劑。

I、【鎳粉制備】：

工業用電解鎳新液（主要含NiSO4、NiCl2）制備堿式碳酸鎳晶體xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O，并利用其制備鎳粉的流程如下：

（1）反應器中的一個重要反應為3NiSO4 + 3Na2CO3 + 2H2O = NiCO3·2Ni(OH)2 +3Na2SO4 + 2X，X的化學式為______。

（2）物料在反應器中反應時需要控制反應條件。

分析下圖，反應器中最適合的溫度及pH分別為______℃、______。

（3）生產中，pH逐漸增加，生成Ni(OH)2含量也相對增加，則生成的堿式碳酸鎳晶體中，鎳的含量將______（填“升高”、“降低”或“不變”）。

（4）操作1的名稱是_______________，實驗室完成此操作，需要的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒及_________，其中玻璃棒的作用是_____。

（5）固體洗滌時，需用純水洗滌，檢驗其洗滌干凈的試劑是______。

（6）氣體Y是空氣中含量最多的氣體，其是______（填名稱）。

（7）操作2含過濾、水洗、95％酒精浸泡、晾干等操作，其中用95％酒精浸泡的目的是______。

II、【測定堿式碳酸鎳晶體的組成】：為測定堿式碳酸鎳晶體（xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O）組成，某小組設計了如下實驗方案及裝置：

【資料卡片】：

①堿式碳酸鎳晶體受熱會完全分解生成NiO、CO2及H2O。

②400℃左右，NiO會氧化生成Ni2O3。

③堿石灰是NaOH及CaO的混合物，可以吸收CO2和H2O。

【實驗步驟】：

①______；②準確稱取3.77g xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O放在B裝置中，連接儀器；③打開彈簧夾a，鼓入一段時間空氣，稱量裝置C、D的質量；④關閉彈簧夾a，加熱裝置B至裝置C中導管末端無氣泡冒出；⑤打開彈簧夾a，______；⑥準確稱量裝置C、D的質量；⑦根據數據進行計算（相關數據如表）。

	裝置C / g	裝置D / g	裝置E / g
加熱前	200.00	180.00	180.00
加熱后	201.08	180.44	180.00

【實驗分析及數據處理】：

（8）完善實驗步驟中的填空：①______；⑤______。

（9）計算xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O中x：y：z的值______。

（10）左側通空氣的目的是______、______。

【實驗反思】：

（11）實驗結束后，稱得裝置B中殘留固體質量為2.33g。請通過計算確定殘留固體的組成及各成分的質量（寫出計算過程，精確到小數點后兩位）_____。

Answer 1

【答案】 CO2 55 8.3 升高 過濾 漏斗 引流 BaCl2溶液或Ba(NO3)2溶液或Ba(OH) 2溶液 氮氣 便于快速晾干 檢查裝置氣密性 緩緩通空氣一段時間 1:2:4 排盡裝置中原有的CO2和水蒸氣 將裝置B中的CO2和水蒸氣完全排出 殘留固體為NiO和Ni2O3的混合物，剩余NiO質量為1.5g，生成Ni2O3 0.83g

【解析】I、（1）根據質量守恒定律反應，前后原子的總類和數目不變，

3NiSO4 + 3Na2CO3 + 2H2O = NiCO3·2Ni(OH)2 +3Na2SO4 + 2X，

反應前：Ni：3 反應后：Ni：3

S：3 S：3

O：23 O：17

H：4 H：4

C：3 C：1

所以X為：CO2

（2）反應器中雜質的含量越低越好，所以最適合的溫度為55，最適合的pH為8.3；

（3）在NiCO3中鎳的含量小于Ni(OH)2中鎳的含量，生產中，pH逐漸增加，生成Ni(OH)2含量也相對增加，NiCO3的含量相對減小，則生成的堿式碳酸鎳晶體中，鎳的含量將升高。

（4）操作1將固體和液體分開，所以操作1為過濾，過濾過程中需要的玻璃儀器是燒杯、玻璃棒及漏斗，玻璃棒起到引流的作用；

（5）洗滌的目的是將堿式碳酸鎳晶體表面的硫酸鈉溶液等除去，檢驗其洗滌的是否干凈，即檢查是否有硫酸根離子，可加入BaCl2溶液或Ba(NO3)2溶液或Ba(OH) 2溶液，觀察是否生成不溶于硝酸的沉淀；

（6）空氣中含量最多的氣體是氮氣；

（7）用95％酒精浸泡的目的是使固體表面的水分分散到酒精中，便于固體快速晾干；

II、（8）做有關氣體的制取和性質實驗前，應先檢查裝置的氣密性，加熱后，為了將堿式碳酸鎳晶體受熱會完全分解生成的CO2及H2O完全被裝置C、D吸收，緩緩通一段時間除去水分和二氧化碳的空氣；

（9）裝置C增加的質量（1.08g）為生成水的質量，裝置D增加的質量（0.44g）為生成二氧化碳的質量；所以NiO的質量為3.77g-1.08g-0.44g=2.25g

xNiCO3·yNi(OH)2·zH2O（x+y）NiO+xCO2↑+（y+z）H2O

75（x+y） 44x 18（y+z）

2.25g 0.44g 1.08g

所以 ， ， ，

解得：x：y：z=1:2:4

（10）實驗開始前左側通空氣的目的是排盡裝置中原有的CO2和水蒸氣；實驗完畢時左側通空氣的目的是將裝置B中的CO2和水蒸氣完全排出 ；

（11）NiCO3·2Ni(OH)2 ·4H2O ~ 3NiO ~ 3Ni ~ 3O

377 225 177 48

3.77g 2.25g 1.77g 0.48g

∵ 裝置B中殘留固體質量為2.33g

∴ 殘留固體中O元素質量為2.33g – 1.77g = 0.56g ，大于0.48g

殘留固體中Ni、O元素質量比為1.77g：0.56g = 177:56

而NiO及Ni2O3中Ni、O元素質量比分別為177:48、177:72，故殘留固體為NiO和Ni2O3的混合物。

殘留固體質量增加2.33g – 2.25g = 0.08g，是和NiO反應的O2質量

設與氧氣反應的NiO質量為x 生成的Ni2O3質量為y

4 NiO + O22Ni2O3

300 32 332

x 0.08g y

x=0.75g y=0.83g

剩余NiO質量為2.25g – 0.75g = 1.5g，生成Ni2O3 0.83g。