Question

Ni元素化合物在生活中有非常重要的应用。纳米NiO可以制备超级电容器，NiOOH是制作二次电池的重要材料。现以NiSO₄为原料生产纳米NiO和NiOOH流程如下：

（1）制备NiOOH过程中，NiSO₄溶液配制方法__________________；过滤、洗涤后，得到Ni(OH)₂固体，如何证明Ni(OH)₂已经完全洗净______________；NaClO氧化Ni(OH)₂的离子方程式为_________________。

（2） 已知Ksp[Ni(OH)₂] ＝ 2×10^－15。室温下，欲加入一定量 NaOH固体使1L 含有0.001 mol·L^－1的NiSO₄和0.0001 mol·L^－1的H₂SO₄溶液中残留c(Ni^2＋)≤2×10^－7 mol·L^－1，并恢复至室温，所加入的NaOH的固体质量至少为________g。

（3）NH₃·H₂O的浓度对纳米NiO的产率产生很大影响。右图为NiSO₄的物质的量一定时，不同的反应物配比对纳米氧化镍收率的影响。请解释反应物NH₄HCO₃ 和NiSO₄ 的物质的量比在2.5至4.0时，收率升高的原因__________________。

（4）制备纳米 NiO 时，加入一些可溶于水的有机物（如：吐温—80）能制得更优质的纳米材料，原因是__________________。

（5）沉降体积是超细粉体的一个重要参数，若颗粒在液相中分散性好，则沉降体积较小；若颗粒分散性较差，则易引起絮凝沉降体积较大。右图是吐温—80 的加入量与前体在液体石蜡中沉降体积的关系曲线。

通过右图分析，吐温—80的最佳加入量为__________mL。

（6）NiOOH是制备镍镉电池的原料，某镍镉电池的总反应为

Cd＋2NiOOH + 2H₂OCd(OH)₂+ 2Ni(OH)₂

该电池放电时正极电极反应式为______________________________。

Answer

（1）将NiSO4固体溶于稀硫酸中，并稀释至一定浓度。（2分） 用洁净的小试管盛接最后一次洗涤液，滴加BaCl2溶液，若没有浑浊出现时，说明沉淀已经洗净。（2分）

ClO－+2Ni(OH)2 ＝Cl－ + 2NiOOH + H2O（2分） （2）0.092 （2分）

（3）HCO3－和NH4+水解相互促进，且随着NH4HCO3的浓度增大，NH3·H2O的浓度也随之增大，有利于纳米NiO的生成。（2分）

（4）吐温-80 分子包裹在前体颗粒表面，阻止了颗粒团聚（聚集），从而缓慢结晶得到颗粒大小均匀的NiO前体（2分）

（5）1.25 （1分）

（6）NiOOH + H2O + e—＝Ni（OH）2 + OH—（2分）

【解析】

试题分析：（1）由于Ni2＋水解，所以NiSO4溶液配制方法是将NiSO4固体溶于稀硫酸中，并稀释至一定浓度；由于沉淀表面有吸附的硫酸根离子，则证明Ni(OH)2已经完全洗净的实验操作是用洁净的小试管盛接最后一次洗涤液，滴加BaCl2溶液，若没有浑浊出现时，说明沉淀已经洗净；根据题干信息可判断NaClO氧化Ni(OH)2的离子方程式为ClO－+2Ni(OH)2 ＝Cl－ + 2NiOOH + H2O。

（2）溶液中硫酸和硫酸镍的物质的量分别是0.0001mol和0.001mol，消耗氢氧化钠分别是0.0002mol和0.002mol，反应后剩余氢氧根的浓度是，物质的量是0.0001mol，则需要氢氧化钠的物质的量是0.0023mol，质量是0.092g。

（3）由于HCO3－和NH4+水解相互促进，且随着NH4HCO3的浓度增大，NH3·H2O的浓度也随之增大，有利于纳米NiO的生成，所以反应物NH4HCO3 和NiSO4 的物质的量比在2.5至4.0时，收率升高。

（4）由于吐温-80 分子包裹在前体颗粒表面，阻止了颗粒团聚（聚集），从而缓慢结晶得到颗粒大小均匀的NiO前体，所以制备纳米 NiO 时，加入一些可溶于水的有机物（如：吐温—80）能制得更优质的纳米材料。

（5）通过右图分析可知吐温—80的最佳加入量为1.25 mL时曲线处于最低点，这说明此时效果最好。

（6）根据方程式可判断该电池放电时正极NiOOH得到电子，则电极反应式为NiOOH + H2O + e—＝Ni（OH）2 + OH—。

考点：考查盐类水解、溶度积常数计算、物质制备实验条件控制及电极反应式书写等