Question

镍的全球消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位，常用于各种高光泽装饰漆和塑料生产，也用作催化剂，制取原理：Ni(CO)₄(g)Ni(s)+4CO(g)，实验室用如图所示装置制取 Ni(CO)₄。

已知：CO + PdCl₂ + H₂O = CO₂ + Pd↓(黑色) + 2HCl；Ni(CO)₄ 熔点-25℃，沸点 43℃，60℃以上与空气混合易爆炸；Fe(CO)₅ 熔点-20℃，沸点 103℃。回答下列问题：

(1)装置 A 中发生反应的化学方程式为_____。

(2)装置 C 用于合成 Ni(CO)₄(夹持装置略)，最适宜选用的装置为________(填标号)。

①②③

(3)实验过程中为了防止_________，必须先观察________(填实验现象)再加热 C 装置。

(4)利用“封管实验”原理可获得(高纯镍。如图所示的石英)玻璃封管中充有 CO 气体，则高纯镍粉在封管的________温度区域端生成 填“323K”或“473K” 。

(5)实验中加入 11.50 g HCOOH，C 装置质量减轻 2.95 g(设杂质不参加反应)，E 装置中盛有 PdCl₂ 溶液100 mL，则 PdCl₂ 溶液的物质的量浓度至少为________mol·L^-1。

Answer

HCOOHH2O+CO↑ ③ CO 及 Ni(CO)4 与装置中空气混合在加热条件下爆炸 E 装置中产生黑色沉淀 473K 0.50

【解析】

A装置中甲酸和浓硫酸反应生成CO，经B装置中浓硫酸进行干燥，根据方程式Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)，温度在50~80℃是更有利于Ni(CO)4的生成，为了更好的控制温度可选用水浴加热，Ni(CO)4的沸点为43℃，所以反应生成的Ni(CO)4会变成气体，在D装置中进行冷凝得到Ni(CO)4液体，之后利用E装置吸收未反应的CO，同时为了防止Ni(CO)4与空气混合加热，需先通一段时间的CO，通过观察E装置中是否有黑色成生成可判断装置中是否充满CO。

(1)装置A中甲酸与在浓硫酸的作用下生成CO和水，反应方程式为HCOOHH2O+CO↑；

(2)温度在50~80℃是更有利于Ni(CO)4的生成，为了更好的控制温度，且可避免温度过高，可选用水浴加热，所以选用③装置；

(3)CO 及 Ni(CO)4 与装置中空气混合在加热条件下会发生爆炸，所以要先观察到E装置中生成黑色沉淀，再加热C装置；

(4)323K是49.85℃，473K是199.85℃，根据方程式Ni(CO)4 (g)Ni(s)+4CO(g)可知180~200℃时生成Ni单质，所以高纯镍粉在封管的473K温度区域端生成；

(5)n(HCOOH)==0.25mol，则生成的n(CO)=0.25mol，C装置中发生Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)，则C管减轻的质量即反应的Ni的质量，则反应n(Ni)==0.05mol，则消耗n(CO)=0.2mol，所以PdCl2 溶液至少要吸收CO的物质的量为0.25mol-0.2mol=0.05mol，根据方程式CO + PdCl2 + H2O = CO2 + Pd↓(黑色) + 2HCl可知所需n(PdCl2)=0.05mol，所以其浓度至少为=0.5mol/L。