從錢幣到電池 新能源化學(xué)元素巡禮:鎳
鎳是鐵系第三元素(詢底價(jià)|查參配),外觀上面和鐵、鈷一樣,高純度情況下都是銀白色密度很高的金屬非常的堅(jiān)硬,高純度鎳棒常在實(shí)驗(yàn)室作為電極使用,顆粒狀的鎳也叫鎳花在實(shí)驗(yàn)室中使用的更多。
鎳金屬的穩(wěn)定性極高,鎳顆粒直接在高溫火焰下灼燒,部分位置會(huì)像鐵一樣生成黑色氧化物,還有些部位會(huì)被亮藍(lán)色氧化物包裹。鎳有三種氧化物,即氧化亞鎳(NiO),四氧化三鎳(Ni3O4)及三氧化二鎳(Ni2O3)。三氧化二鎳僅在低溫時(shí)穩(wěn)定,加熱至400~450℃,即離解為四氧化三鎳,進(jìn)一步提高溫度最終變成氧化亞鎳。
高純度鎳對(duì)酸腐蝕也有很高抗性,鎳花置于硫酸中加熱只會(huì)產(chǎn)生少量氣泡,室溫中放置一周也只會(huì)讓溶液微微變綠,參加反應(yīng)的鎳少得可憐,如果你加大硫酸的濃度,鎳會(huì)和鐵一樣發(fā)生鈍化,表面產(chǎn)生致密的氧化物保護(hù)內(nèi)部的鎳,導(dǎo)致反應(yīng)停止。
強(qiáng)堿對(duì)于鎳來說也是一樣,甚至在熔融氫氧化物的時(shí)候主要使用的都是鎳制坩堝,離譜的是單質(zhì)氟的相關(guān)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)也采用鎳制容器,鎳連被稱作死亡元素的單質(zhì)氟都不怕,(氟是鹵素元素,單質(zhì)氟化學(xué)性質(zhì)極其活躍,最強(qiáng)的氧化劑之一,甚至在一定條件下能夠和部分惰性氣體反應(yīng))。
鎳的化學(xué)性質(zhì)過于穩(wěn)定,所以實(shí)驗(yàn)室中采用的大多是顆粒更細(xì)的鎳粉。鎳粉制取可以采用氧化鎳與氫氣反應(yīng),這個(gè)反應(yīng)的制取量小,純度不高。
氧化鎳與氫氣加熱生成鎳粉與水
更純的鎳粉則是采用四羰基合鎳的熱分解來得到的,四羰基鎳是一種劇毒氣體,蒸汽混合空氣見火星還會(huì)爆炸,所以用這玩意兒制鎳很可能就要造鎳了,危。實(shí)驗(yàn)室里四羰基合鎳難以保存,所以工業(yè)上多采用羰基鎳粉來制備純鎳。制備鎳粉還可以通過分解鎳的另一種化合物二茂鎳來獲得,深綠色晶體狀的二環(huán)戊二烯合鎳Ni(C5H5)2對(duì)熱敏感需要充氮?dú)獗4妗?/p>
鎳粉活潑性就很高了,和稀硫酸反應(yīng)就和之前完全不同,加熱后會(huì)劇烈反應(yīng)快速溶解在硫酸之中,溶液的顏色也轉(zhuǎn)為綠色,這個(gè)溶液可以提純出七水合硫酸鎳。鎳和稀硝酸反應(yīng)會(huì)更加的暴力,稍微一加熱鎳粉就消失不見了。
鎳粉與稀硫酸反應(yīng)(上)鎳粉與稀硝酸反應(yīng)(下)
鎳與強(qiáng)堿反應(yīng)與和強(qiáng)酸完全不同,鎳粉甚至無法和大部分強(qiáng)堿進(jìn)行反應(yīng),氫氧化鎳的制取只能采用土辦法,往鎳鹽溶液中添加強(qiáng)堿制取的氫氧化鎳。
硫酸鎳與氫氧化鉀反應(yīng)生成氫氧化鎳和硫酸鉀
鎳粉和氧氣可以很輕松的反應(yīng),如果在反應(yīng)中摻雜點(diǎn)水蒸氣,鎳粉甚至能夠自燃,生成的鎳氧化物是綠色粉末狀,沒錯(cuò)和抹茶粉一模一樣,很容易和強(qiáng)酸生成對(duì)應(yīng)的鎳鹽。與氧氣長時(shí)間反應(yīng),會(huì)生成三價(jià)鎳組成的三氧化二鎳,3價(jià)鎳是一種超強(qiáng)的氧化劑,在氧化反應(yīng)中會(huì)被還原成穩(wěn)定的2價(jià)鎳。
鎳粉非常的怕氨水,鎳粉和濃氨水的混合物放在一起加熱,鎳粉很容易就被氨水侵蝕,氨對(duì)于鎳離子有非常強(qiáng)大的絡(luò)合能力。在鎳鹽溶液中加入濃氨水,氨能夠趕跑鎳鹽水合物中的水,行程氨絡(luò)合離子。在三元前驅(qū)體制取中需要用到一定濃度的氨水最為絡(luò)合劑。
六水合硫酸鎳與濃氨水反應(yīng)
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