Question

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0.2 mol·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Ni^2＋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。

    ⑴步骤I中去除杂质Fe³⁺（使其浓度<10^－6 mol·L^-1），需调节溶液pH的范围为___________。（K_sp[Ni(OH)₂]=2×10^-15，K_sp[Fe(OH)₃]=1×10^-39）

⑵当x:y:z=1:1:1时，写出步骤Ⅱ中产生沉淀的离子方程式：___________。

⑶步骤Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡的目的是___________。

⑷为测定xNiCO₃·yNi(OH)₂·zH₂O的组成，进行如下实验：

  ①准确称取7.54 g样品与过量的肼溶液（N₂H₄·H₂O）充分反应，共收集到1.12 LN₂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）。

Answer

3~7 2Ni2+＋4HCO3－=NiCO3·Ni(OH)2·H2O↓＋3CO2↑ 除去水，便于快速晾干 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

【解析】 ⑴根据Ksp[Ni(OH)2]=2×10-15，Ksp[Fe(OH)3]=1×10-39，Ni2+开始沉淀的pH=14-(-lg) =14-(-lg )=14-(-lg1×10-7)=7，Fe3+沉淀完全时的pH=14-(-lg) =14-(-lg )=14-(-lg1×10-11)=3，步骤I中去除杂质Fe3+，需调节溶液pH的范围为3~7，故答案为：3~7；

⑵当x:y:z=1:1:1时，步骤Ⅱ中产生沉淀的离子方程式为2Ni2+＋4HCO3－=NiCO3·Ni(OH)2·H2O↓＋3CO2↑，故答案为：2Ni2+＋4HCO3－=NiCO3·Ni(OH)2·H2O↓＋3CO2↑；

⑶步骤Ⅳ中采用95%的乙醇浸泡可以除去水，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，故答案为：NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O。