Question

【題目】【化學—選修2：化學與技術】

三氧化二鎳（Ni2O3）是一種重要的電子元件材料和蓄電池材料。工業上利用含鎳廢料（鎳、鐵、鈣、鎂合金為主）制取草酸鎳（NiC2O4·2H2O），再高溫煅燒草酸鎳制取三氧化二鎳。已知草酸的鈣、鎂、鎳鹽均難溶于水。工藝流程圖如下所示。

請回答下列問題：

（1）操作Ⅰ為 。

（2）①加入H2O2發生的主要反應的離子方程式為 ；

②加入碳酸鈉溶液調pH至4.0~5.0，其目的為 ；

（3）草酸鎳（NiC2O4·2H2O）在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒，可制得Ni2O3，同時獲得混合氣體。NiC2O4受熱分解的化學方程式為 。

（4）工業上還可用電解法制取Ni2O3，用NaOH溶液調NiCl2溶液的pH至7.5，加入適量Na2SO4后利用惰性電極電解。電解過程中產生的Cl2有80%在弱堿性條件下生成ClO-，再把二價鎳氧化為三價鎳。ClO-氧化Ni(OH)2生成Ni2O3的離子方程式為 。a mol二價鎳全部轉化為三價鎳時，外電路中通過電子的物質的量為 。

（5）以Al和NiO(OH)為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時，NiO(OH)轉化為Ni(OH)2，該電池反應的化學方程式是 。

Answer 1

【答案】（1）加酸溶解，過濾

（2）①2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O ②促進Fe3+水解，沉淀完全

（3）2NiC2O4 = Ni2O3+3CO↑+CO2↑ （4）ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O 1.25a mol

（5）Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2

【解析】

試題分析：（1）分析工藝流程圖可知，含鎳廢料（鎳、鐵、鈣、鎂合金為主），要使之變成離子，應該加酸溶解金屬，再除去不溶物，所以操作Ⅰ為加酸溶解，過濾。

（2）①加雙氧水的目的是氧化Fe2＋生成Fe3+，反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

②加入碳酸鈉溶液的作用是調節pH，促進鐵離子水解，沉淀完全；

（3）草酸鎳（NiC2O42H2O）在熱空氣中干燥脫水后生成NiC2O4，NiC2O4再發生氧化還原反應，Ni由+2價升高到+3價，則C由+3價降低到+2價，因為生成了混合氣體，則另一氣體為CO2，所以反應生成Ni2O3、CO、CO2，再利用化合價升降相等，Ni：升高2×（3-2），C：升高1×（4-3），C：降低：3×（3-2），配平方程式為：2NiC2O4 Ni2O3+3CO↑+CO2↑；

（4）ClO－具有氧化性，Cl由+1價降低到-1價，Ni由+2價升高到+3價，利用化合價升降相等可配平ClO-、Ni(OH)2、Cl-、Ni2O3的系數，再利用H原子守恒配平水的系數，得到的離子方程式為ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O；根據離子方程式ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O，a mol二價鎳全部轉化為三價鎳，則參加反應的ClO－的物質的量為0.5amol，根據化學反應Cl2+2OH-═ClO-+Cl-+H2O，已知電解過程中產生的Cl2有80%在弱堿性條件下生成ClO-，參加反應的Cl2的物質的量為0.5a÷80%=0.625 a mol，進行電解時，陽極反應式為2Cl--2e-═Cl2↑，則n（e-）=0.625mol×2=1.25a mol。

（5）以Al和NiO(OH)為電極，NaOH溶液為電解液組成一種新型電池，放電時，NiO(OH)轉化為Ni(OH)2，Ni的化合價由+3價降低到+2價，則正極反應為3NiO(OH)+3e－+3H2O=3Ni(OH)2+3OH－，負極是Al失電子生成NaAlO2，負極電極反應為Al-3e－+4OH－=AlO2-+2H2O，正、負極相加得電池的總反應，則該電池反應的化學方程式是Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=NaAlO2+3Ni(OH)2。