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纳米材料镍粉(Ni)是一种高性能电极材料.其制备过程如下:步骤I:取0.2mol•L-1的硝酸镍溶液,调节pH除铁后,加入活性炭过滤.步骤Ⅱ:向所得滤液中滴加1.5mol•L-1的NaHCO3溶液使Ni2+完全
题目详情
纳米材料镍粉(Ni)是一种高性能电极材料.其制备过程如下:
步骤I:取0.2mol•L-1的硝酸镍溶液,调节pH除铁后,加入活性炭过滤.
步骤Ⅱ:向所得滤液中滴加1.5mol•L-1的NaHCO3溶液使Ni2+完全沉淀,生成xNiCO3•yNi(OH)2•zH2O.
步骤Ⅲ:将产生的沉淀用大量高纯水清洗并用离心机甩干.
步骤Ⅳ:加入稍过量的肼溶液(N2H4•H2O),使上述沉淀还原完全,将生成的Ni水洗后,再用95%的乙醇浸泡后晾干.
(1)步骤I中去除杂质Fe3+(使其浓度<10-6mol•L-1),需调节溶液pH的范围为___.(Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39)
(2)当x:y:z=1:1:1时,写出步骤Ⅱ中产生沉淀的离子方程式:___.
(3)步骤Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡的目的是___.
(4)为测定xNiCO3•yNi(OH)2•zH2O的组成,进行如下实验:
①准确称取7.54g样品与过量的肼溶液(N2H4•H2O)充分反应,共收集到1.12LN2和CO2混合气体(已换算成标准状况).
②另取等质量的样品充分灼烧,冷却后称得残留固体NiO的质量为4.5g.通过计算确定xNiCO3•yNi(OH)2•zH2O的化学式(写出计算过程).
步骤I:取0.2mol•L-1的硝酸镍溶液,调节pH除铁后,加入活性炭过滤.
步骤Ⅱ:向所得滤液中滴加1.5mol•L-1的NaHCO3溶液使Ni2+完全沉淀,生成xNiCO3•yNi(OH)2•zH2O.
步骤Ⅲ:将产生的沉淀用大量高纯水清洗并用离心机甩干.
步骤Ⅳ:加入稍过量的肼溶液(N2H4•H2O),使上述沉淀还原完全,将生成的Ni水洗后,再用95%的乙醇浸泡后晾干.
(1)步骤I中去除杂质Fe3+(使其浓度<10-6mol•L-1),需调节溶液pH的范围为___.(Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39)
(2)当x:y:z=1:1:1时,写出步骤Ⅱ中产生沉淀的离子方程式:___.
(3)步骤Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡的目的是___.
(4)为测定xNiCO3•yNi(OH)2•zH2O的组成,进行如下实验:
①准确称取7.54g样品与过量的肼溶液(N2H4•H2O)充分反应,共收集到1.12LN2和CO2混合气体(已换算成标准状况).
②另取等质量的样品充分灼烧,冷却后称得残留固体NiO的质量为4.5g.通过计算确定xNiCO3•yNi(OH)2•zH2O的化学式(写出计算过程).
▼优质解答
答案和解析
(1)已知:Ksp[Ni(OH)2]=c(Ni2+)×c2(OH-)=2×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-39,去除杂质Fe3+(使其浓度<10-6mol•L-1),则c(OH-)>
=10-11mol•L-1,pH>3,不沉淀镍离子,则c(OH-)<
=10-7mol•L-1,pH<7,pH的范围为3~7;
故答案为:3~7;
(2)当x:y:z=1:1:1时,向所得滤液中滴加1.5mol•L-1的NaHCO3溶液使Ni2+完全沉淀,生成NiCO3•Ni(OH)2•H2O,离子方程式为:2Ni2++4HCO3-=NiCO3•Ni(OH)2•H2O↓+3CO2↑;
故答案为:2Ni2++4HCO3-=NiCO3•Ni(OH)2•H2O↓+3CO2↑;
(3)乙醇与水混溶,易挥发,除去水,便于快速晾干;
故答案为:除去水,便于快速晾干;
(4)n(CO2)+n(N2)=
=0.05mol;n(NiO)=
=0.06mol,
设7.54g样品中含有NiCO3、Ni(OH)2的物质的量分别为a、b,则有:
a+
=0.05mol
a+b=0.06mol
解得:a=0.02 mol、b=0.04 mol,
7.54g样品中含有结晶水的物质的量:
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
故该样品的化学式为NiCO3•2Ni(OH)2•4H2O;
答:该样品的化学式为NiCO3•2Ni(OH)2•4H2O.
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故答案为:3~7;
(2)当x:y:z=1:1:1时,向所得滤液中滴加1.5mol•L-1的NaHCO3溶液使Ni2+完全沉淀,生成NiCO3•Ni(OH)2•H2O,离子方程式为:2Ni2++4HCO3-=NiCO3•Ni(OH)2•H2O↓+3CO2↑;
故答案为:2Ni2++4HCO3-=NiCO3•Ni(OH)2•H2O↓+3CO2↑;
(3)乙醇与水混溶,易挥发,除去水,便于快速晾干;
故答案为:除去水,便于快速晾干;
(4)n(CO2)+n(N2)=
1.12L |
22.4L•mol-1 |
4.5g |
75g•mol-1 |
设7.54g样品中含有NiCO3、Ni(OH)2的物质的量分别为a、b,则有:
a+
a+b |
2 |
a+b=0.06mol
解得:a=0.02 mol、b=0.04 mol,
7.54g样品中含有结晶水的物质的量:
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
故该样品的化学式为NiCO3•2Ni(OH)2•4H2O;
答:该样品的化学式为NiCO3•2Ni(OH)2•4H2O.
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