Question

12．納米材料鎳粉（Ni）是一種高性能電極材料．其制備過程如下：
步驟I：取0.2mol•L^-1的硝酸鎳溶液，調(diào)節(jié)pH除鐵后，加入活性炭過濾．
步驟Ⅱ：向所得濾液中滴加1.5mol•L^-1的NaHCO₃溶液使Ni²⁺完全沉淀，生成xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O．
步驟Ⅲ：將產(chǎn)生的沉淀用大量高純水清洗并用離心機甩干．
步驟Ⅳ：加入稍過量的肼溶液（N₂H₄•H₂O），使上述沉淀還原完全，將生成的Ni水洗后，再用95%的乙醇浸泡后晾干．
（1）步驟I中去除雜質(zhì)Fe³⁺（使其濃度＜10^-6mol•L^-1），需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為3～7．（K_sp[Ni（OH）₂]=2×10^-15，K_sp[Fe（OH）₃]=1×10^-39）
（2）當(dāng)x：y：z=1：1：1時，寫出步驟Ⅱ中產(chǎn)生沉淀的離子方程式：2Ni²⁺+4HCO₃^-=NiCO₃•Ni（OH）₂•H₂O↓+3CO₂↑．
（3）步驟Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡的目的是除去水，便于快速晾干．
（4）為測定xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O的組成，進(jìn)行如下實驗：
①準(zhǔn)確稱取7.54g樣品與過量的肼溶液（N₂H₄•H₂O）充分反應(yīng)，共收集到1.12LN₂和CO₂混合氣體（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
②另取等質(zhì)量的樣品充分灼燒，冷卻后稱得殘留固體NiO的質(zhì)量為4.5g．通過計算確定xNiCO₃•yNi（OH）₂•zH₂O的化學(xué)式（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）已知：c（Ni²⁺）=0.2mol/L，去除雜質(zhì)Fe³⁺（使其濃度＜10^-6mol•L^-1），而不除去鎳離子，應(yīng)滿足c（Fe³⁺）×c³（OH^-）＞1×10^-39，c（Ni²⁺）×c²（OH^-）＜2×10^-15，以此可計算c（OH^-），進(jìn)而計算pH；
（2）當(dāng)x：y：z=1：1：1時，向所得濾液中滴加1.5mol•L^-1的NaHCO₃溶液使Ni²⁺完全沉淀，生成NiCO₃•Ni（OH）₂•H₂O，根據(jù)質(zhì)量守恒書寫即可；
（3）乙醇與水混溶，易揮發(fā)，除去水，便于快速晾干；
（4）根據(jù)共收集到1.12LN₂和CO₂，殘留固體NiO的質(zhì)量為4.5g，則n（CO₂）+n（N₂）=$\frac{1.12L}{22.4L•mol-1}$=0.05mol；n（NiO）=$\frac{4.5g}{75g•mol-1}$=0.06mol，
設(shè)7.54g樣品中含有NiCO₃、Ni（OH）₂的物質(zhì)的量分別為a、b，則有：
a+$\frac{a+b}{2}$=0.05mol
a+b=0.06mol
解得a、b，由此計算結(jié)晶水的物質(zhì)的量，可得．

解答 解：（1）已知：K_sp[Ni（OH）₂]=c（Ni²⁺）×c²（OH^-）=2×10^-15，K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1×10^-39，去除雜質(zhì)Fe³⁺（使其濃度＜10^-6mol•L^-1），則c（OH^-）＞$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-39}}{1×1{0}^{-6}}}$=10^-11mol•L^-1，pH＞3，不沉淀鎳離子，則c（OH^-）＜$\sqrt{\frac{2×1{0}^{-15}}{0.2}}$=10^-7mol•L^-1，pH＜7，pH的范圍為3～7；
故答案為：3～7；
（2）當(dāng)x：y：z=1：1：1時，向所得濾液中滴加1.5mol•L^-1的NaHCO₃溶液使Ni²⁺完全沉淀，生成NiCO₃•Ni（OH）₂•H₂O，離子方程式為：2Ni²⁺+4HCO₃^-=NiCO₃•Ni（OH）₂•H₂O↓+3CO₂↑；
故答案為：2Ni²⁺+4HCO₃^-=NiCO₃•Ni（OH）₂•H₂O↓+3CO₂↑；
（3）乙醇與水混溶，易揮發(fā)，除去水，便于快速晾干；
故答案為：除去水，便于快速晾干；
（4）n（CO₂）+n（N₂）=$\frac{1.12L}{22.4L•mol-1}$=0.05mol；n（NiO）=$\frac{4.5g}{75g•mol-1}$=0.06mol，
設(shè)7.54g樣品中含有NiCO₃、Ni（OH）₂的物質(zhì)的量分別為a、b，則有：
a+$\frac{a+b}{2}$=0.05mol
a+b=0.06mol
解得：a=0.02 mol、b=0.04 mol，
7.54g樣品中含有結(jié)晶水的物質(zhì)的量：
n（H₂O）=（7.54g-0.02mol×119 g•mol^-1-0.04mol×93 g•mol^-1）÷18 g•mol^-1=0.08 mol
n（NiCO₃）：n[Ni（OH）₂]：n （H₂O）=0.02 mol：0.04 mol：0.08 mol=1：2：4
故該樣品的化學(xué)式為NiCO₃•2Ni（OH）₂•4H₂O；
答：該樣品的化學(xué)式為NiCO₃•2Ni（OH）₂•4H₂O．

點評 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對反應(yīng)原理的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算、物質(zhì)組成測定的計算等，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)處理能力，題目難度中等．