Question

（15分）目前，全世界的鎳消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第五位。鎳行業發展蘊藏著巨大的潛力。鎳化合物中的三氧化二鎳是一種重要的電子元件材料和二次電池材料。工業上可利用含鎳合金廢料（除鎳外，還含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等雜質）制取草酸鎳，然后高溫煅燒草酸鎳來制取三氧化二鎳。
已知：①草酸的鈣、鎂、鎳鹽均難溶于水，且溶解度：NiC₂O₄> NiC₂O₄·H₂O> NiC₂O₄·2H₂O
②常溫下，Ksp[(Fe(OH))₃]=4.0×10^-38,lg5=0.7
根據下列工藝流程圖回答問題：

（1）加6%的H₂O₂時，溫度不能太高，其目的是              。若H₂O₂在一開始酸溶時便與鹽酸一起加入，會造成酸溶過濾后的濾液中增加一種金屬離子，用離子方程式表示這一情況                             。
（2）流程中有一步是調pH，使Fe³⁺轉化為Fe(OH)₃沉淀，常溫下當溶液中c (Fe³⁺)=0.5×10^-5mol/L時，溶液的pH=          。
（3）流程中加入NH₄F的目的是           。
（4）將最后所得的草酸鎳晶體在空氣中強熱到400℃，可生成三氧化二鎳和無毒氣體，寫出該反應的化學方程式                         。
（5）工業上還可用電解法制取三氧化二鎳，用NaOH溶液調節NiCl₂溶液的pH至7.5，再加入適量Na₂SO₄進行電解，電解產生的Cl₂其80%的可將二價鎳氧化為三價鎳。寫出Cl₂氧化Ni(OH)₂生成三氧化二鎳的離子方程式                  ；將amol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是                     。
（6）近年來鎳氫電池發展很快，它可由NiO(OH)跟LaNi₅H₆(LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零)組成：6NiO(OH)+LaNi₅H₆ LaNi₅+6Ni(OH)₂。該電池放電時，負極反應是                   。

Answer 1

（15分）（1）減少過氧化氫的分解（1分）  Cu+ H₂O₂+2H⁺= Cu²⁺+ 2H₂O（2分）
（2）3.3（2分）
（3）除去Ca²⁺、Mg²⁺（2分）
（4）4(NiC₂O_4·2H₂O)+3O₂ 2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O（2分）
（5）Cl₂+2Ni(OH)₂+2OH^-=Ni₂O₃ +2Cl^-+3H₂O（2分）   1.25a mol（2分）
（6）LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O（2分）

解析試題分析：（1）過氧化氫受熱易分解，所以溫度不能過高的原因是減少過氧化氫的分解；Fe、Ca、Mg均與鹽酸直接反應，過氧化氫的加入造成酸溶過濾后的濾液中增加一種金屬離子，則該金屬離子只能是銅離子，所以反應的離子方程式為Cu+ H₂O₂+2H⁺= Cu²⁺+ 2H₂O；
（2）Ksp[(Fe(OH))₃]=4.0×10^-38=c(Fe³⁺)c(OH^-)³，c(OH^-)³=8×10^-33mol/L，c(OH^-)=2×10^-11mol/L，所以c(H⁺)=5×10^-4，lg5=0.7，所以pH=3.3；
（3）加入NH₄F后的操作是過濾，說明該過程有沉淀產生，所以加入NH₄F的目的是除去Ca²⁺、Mg²⁺；
（4）根據題目可知無毒氣體是二氧化碳，
所以化學方程式為4(NiC₂O_4·2H₂O)+3O₂ 2Ni₂O₃+8CO₂+8H₂O；
（5）根據氧化還原反應理論，Cl₂氧化Ni(OH)₂生成三氧化二鎳，自身被還原為氯離子，化學方程式為Cl₂+2Ni(OH)₂+2OH^-=Ni₂O₃ +2Cl^-+3H₂O；amol二價鎳全部轉化為三價鎳時，需要氯氣0.5amol，氯氣的利用率是80%，則電解過程中的氯氣是0.5amol/0.8，每生成1mol氯氣轉移2mol電子，所以外電路中通過電子的物質的量是0.5amol/0.8×2=1.25amol；
（6）NiO(OH)中Ni的化合價是+3價，Ni(OH)₂中Ni是+2價，化合價降低，發生還原反應，所以放電時負極應發生氧化反應，LaNi₅H₆為負極反應物質，LaNi₅H₆中各元素化合價均可看作是零，所以化合價升高的只能是H元素，電極反應式為LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6 H₂O。
考點：考查溶度積的計算，流程的分析，化學方程式的判斷與書寫，氧化還原反應的計算，電化學理論的應用