Question

【題目】三氧化二鎳(Ni2O3)是一種重要的電子元件材料和蓄電池材料。工業上利用含鎳廢水(鎳主要以NiR2絡合物形式存在)制取草酸鎳(NiC2O4)，再高溫灼燒草酸鎳制取三氧化二鎳。工藝流程如圖所示：

已知：①NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)(R-為有機物配體，K=1.6×10-14)

②Ksp[Fe(OH)3]=2.16×10-39，Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15

③Ka1(H2C2O4)= 5.6×10-2，Ka2(H2C2O4)= 5.4×10-5

④“脫絡”過程中，R-與中間產物·OH反應生成·R(有機物自由基)，·OH能與H2O2發生反應。有關反應的方程式如下：

i．Fe2++H2O2=Fe3++OH-+·OH

ii．R-+·OH = OH-+·R

iii．H2O2+2·OH=O2↑+2H2O

請回答下列問題：

(1)中間產物·OH的電子式是________

(2)“沉鐵”時，若溶液中c(Ni2+)=0.01mol·L-1，加入碳酸鈉調溶液的pH為________(假設溶液體積不變，lg6≈0.8)使Fe3+恰好沉淀完全(離子的濃度≤1.0×10-5mol·L-1)，此時________(填“有”或“無”)Ni(OH)2沉淀生成。

(3)25℃時，pH=3的草酸溶液中c(C2O42-)/c(H2C2O4)________(保留兩位有效數字)。“沉鎳”即得到草酸鎳沉淀，其離子方程式是________

(4)“灼燒”氧化草酸鎳的化學方程式為_______________________________。

(5)加入Fe2+和H2O2能夠實現“脫絡”的原因是________。

(6)三氧化二鎳能與濃鹽酸反應生成氯氣，寫出反應的離子方程式________________。

Answer 1

【答案】 2.8 無 3.02 Ni2+ +H2C2O4 = NiC2O4↓ + 2H+ 4NiC2O4 +3O22Ni2O3 +8CO2↑ Fe2+和H2O2發生反應生成·OH，·OH將R-轉化成·R，c(R-)減小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正向移動，實現“脫絡” Ni2O3 +6H+ +2Cl- = 2Ni2+ +Cl2↑ +3H2O

【解析】

（1）·OH有一個孤電子，據此書寫其電子式；

（2）根據氫氧化鐵的溶度積，計算要使Fe3+恰好沉淀完全所需的c(OH)，進而計算得出其pH值，再根據Ni2+與溶液中c(OH)的平方的乘積與Ksp[Ni(OH)2]比較，得出溶液中是否有沉淀生成；

（3）依據二元弱酸草酸的兩步電離平衡常數表達式方程式列式計算；流程中加入草酸后變為草酸鎳，據此作答；

（4）“灼燒”過程產生了Ni2O3，依據氧化還原反應規律書寫化學方程式；

（5）依據給定條件④，Fe2+和H2O2發生反應生成·OH，·OH將R-轉化成·R，c(R-)減小，考慮平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)移動情況分析作答；

（6）根據得失電子數守恒書寫其化學方程式。

（1）·OH有一個孤電子，核外為9個電子，其電子式為：；

（2）Ksp[Fe(OH)3]=2.16×10-39，則使Fe3+恰好沉淀完全所需的c(OH) = = 6 ×10-12，此時溶液的pH = -lgc(H+) = -lg = 2 +lg6 = 2.8，因溶液中c(Ni2+)=0.01mol·L-1，則c(Ni2+)×c2(OH) = 0.01mol·L-1×(6×10-12)2 = 3.6×10-25 < Ksp[Ni(OH)2]，因此無Ni(OH)2沉淀，

故答案為：2.8；無；

（3）草酸在水溶液中發生電離，第一電離方程式為：H2C2O4H+ + HC2O4－，其電離平衡常數Ka1(H2C2O4) = ，同理第二步電離方程式為：HC2O4－H+ + C2O42－，其電離平衡常數Ka2(H2C2O4) = , c(C2O42-)/c(H2C2O4) = × × = Ka2(H2C2O4)× Kal(H2C2O4)× = 5.4×10-5 × 5.6×10-2 ×3.02，沉鎳過程加入草酸，其離子方程式為：Ni2+ +H2C2O4 = NiC2O4↓ + 2H+，

故答案為：3.02；Ni2+ +H2C2O4 = NiC2O4↓ + 2H+；

（4）“灼燒”氧化草酸鎳生成Ni2O3，C元素以穩定的二氧化碳形式生成，O元素化合價降低，其化學方程式可表示為：4NiC2O4 +3O22Ni2O3 +8CO2↑，

故答案為：4NiC2O4 +3O22Ni2O3 +8CO2↑；

（5）根據已知信息可知，Fe2+和H2O2會發生反應生成·OH，·OH將R-轉化成·R，c(R-)減小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正向移動，實現“脫絡”，

故答案為：Fe2+和H2O2發生反應生成·OH，·OH將R-轉化成·R，c(R-)減小，使平衡NiR2(aq)Ni2+(aq)+2R-(aq)向正向移動，實現“脫絡”；

（6）三氧化二鎳能與濃鹽酸反應生成氯氣，鎳元素以Ni2+形式存在于溶液中，其離子方程式為：Ni2O3 +6H+ +2Cl- = 2Ni2+ +Cl2↑ +3H2O

故答案為：Ni2O3 +6H+ +2Cl- = 2Ni2+ +Cl2↑ +3H2O。