Question

【題目】目前全世界的鎳(Ni)消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第五位。鎳常用于各種高光澤裝飾漆和塑料生產，也常用作催化劑。可以說鎳行業發展蘊藏著巨大的潛力。

Ⅰ制備草酸鎳

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(NiC2O4)。

根據下列工藝流程圖回答問題：

（資料卡片1）

(1)過氧化氫(H2O2)俗稱雙氧水，是一種液體，受熱易分解，可用于實驗室制取氧氣；過氧化氫具有強氧化性，所以常作為氧化劑、漂白劑和消毒劑。

(2)氧化反應可以從元素化合價升降的角度進行物質所含元素化合價升高的反應就是氧化反應。

(3)金屬鎳的化學性質類似于鐵，與鹽酸反應能生成氯化鎳(NiCl2)。

(1)“酸溶”之后的濾渣中含有的金屬是_______________。

(2)寫出酸溶過程中Ni與鹽酸反應的化學方程式_________________________。

(3)加H2O2時，溫度不能太高，其原因是_______________________。若H2O2在“酸溶”步驟即與鹽酸同時加入，則與原方案相比濾液中會增加的金屬離子是Cu2+和_______(寫離子符號)。

(4)已知Na2C2O4溶液加入NiCl2溶液發生復分解反應，寫出該反應的化學方程式____________。

Ⅱ制備鎳粉

工業用電解鎳液(主要含NiSO4)制備堿式碳酸鎳晶體xNiCO3yNi(OH)2zH2O，并利用其制備鎳粉，過程如下：

(5)反應器1中的一個重要反應為3NiSO4+3Na2CO3+2H2O NiCO32Ni(OH)2+3Na2SO4+2X，X的化學式為_________。

(6)反應器1的出料口獲得的固體洗滌時，需用純水洗滌，可以用來檢驗固體已洗滌干凈的試劑是____________。

(7)反應器2中產生的氣體Y是空氣中含量最多的氣體，該氣體是_________(填名稱)。

Ⅲ 測定堿式碳酸鎳晶體的組成

為測定堿式碳酸鎳晶體（xNiCO3yNi(OH)2zH2O）組成，某小組設計了如下實驗方案及裝置：

（資料卡片2）

(1)堿式碳酸鎳晶體受熱會完全分解生成NiO、CO2及H2O

(2)在溫度控制不當導致溫度過高時，NiO會被氧化成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檢查裝置氣密性；②準確稱取3.77g堿式碳酸鎳晶體（xNiCO3yNi(OH)2zH2O）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，分別稱量裝置C、D、E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，緩緩鼓入一段時間空氣；⑥分別準確稱量裝置C、D、E的質量；⑦根據數據進行計算(相關數據如下表)。

	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)實驗過程中步驟⑤鼓入空氣的目的是__________________。

(9)計算3.77g堿式碳酸鎳晶體（xNiCO3yNi(OH)2zH2O）中鎳元素的質量_________(寫出計算過程，計算結果準確到小數點后兩位)。

（實驗反思）

(10)另一小組同學在實驗中發現，實驗結束后，稱得裝置B中殘留固體質量明顯偏大，老師帶領全組同學經過仔細分析后發現，這是由于該組同學加熱時在酒精燈上加了鐵絲網罩，溫度過高所導致。請問該組同學稱得的殘留固體中鎳元素的質量分數可能是__________。

A.70.08% B.75.88% C.78.67% D.79.58%

Answer 1

【答案】銅(Cu) Ni+2HCl=NiCl2+H2↑防止過氧化氫受熱分解Fe3+Na2C2O4+ NiCl2=NiC2O4+ 2NaCl CO2 BaCl2(合理即可) 氮氣 將裝置內水蒸氣和二氧化碳完全排除，被裝置C、D充分吸收 3.77g-1.08g-0.44g=2.25g 2.25g××100%=1.77gB

【解析】

（1）鎳合金廢料中還含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等雜質，“酸溶”之后可得氯化鎳，所以濾渣中含有的金屬是不與鹽酸反應的銅；

（2）鎳和鹽酸反應生成氯化鎳和氫氣，化學方程式為：Ni+2HCl=NiCl2+H2↑；

（3）由資料可知，過氧化氫(H2O2)俗稱雙氧水，是一種液體，受熱易分解，所以加H2O2時，溫度不能太高，防止過氧化氫受熱分解；過氧化氫具有強氧化性，若H2O2在“酸溶”步驟即與鹽酸同時加入，則將銅氧化同時生成Cu2+，將鐵氧化生成Fe3+；

（4）Na2C2O4溶液加入NiCl2溶液發生復分解反應，交換成分生成NaCl和NiC2O4，化學方程式為：Na2C2O4+ NiCl2=NiC2O4+ 2NaCl；

（5）反應器中的一個重要反應為3NiSO4+3Na2CO3+2H2O=NiCO32Ni（OH）2+3Na2SO4+2X，反應前Ni原子共3個、S原子共3個、O原子共23個、Na原子6個、C原子3個、H原子4個，反應后現有：Ni原子3個、S原子共3個、O原子共19個、Na原子6個、C原子1個、H原子4個，少O原子4個，C原子2個，而這些微粒包含在2個X分子中，所以X的化學式為 CO2；

（6）固體洗滌時，需用純水洗滌，洗滌只要是除去表面附著的硫酸鈉的，所以檢驗是否洗滌干凈就是檢驗是否留硫酸根離子的殘留，用含鋇離子的可溶性溶液即可，可以是鋇鹽也可以是鋇堿；

（7）氣體Y是空氣中含量最多的氣體，空氣中氮氣占體積的大約五分之四，所以是氮氣；

（8）反應后鼓入空氣的目的是為了將裝置B中的CO2和水蒸氣完全排出，被裝置C、D充分吸收，使計算結果更準確；

（9）堿式碳酸鎳晶體受熱會完全分解生成NiO、CO2及H2O，由題意可知，裝置C 增加的質量為B中生成水的質量，即201.08g-200.00g=1.08g，裝置D增加的質量為B中生成二氧化碳的質量，即180.44g-180.00g=0.44g ，所以反應后生成氧化鎳的質量為3.77g-1.08g-0.44g=2.25g ，由質量守恒定律可知，故堿式碳酸鎳晶體中鎳元素的質量2.25g××100%=1.77g；

（10）在溫度控制不當導致溫度過高時，NiO會被氧化成Ni2O3，所以當產物為全部為NiO時，殘留固體中鎳元素的質量分數為 ×100%≈78.67%，所以當產物為全部為Ni2O3時，殘留固體中鎳元素的質量分數為 ×100%≈71.08%，所以殘留固體中鎳元素的質量分數在71.08%～78.67%之間。故填B。