Question

17．鎳電池廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)，電極材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成．由于電池使用后電極材料對(duì)環(huán)境有危害．某興趣小組對(duì)該電池電極材料進(jìn)行資源回收研究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，F(xiàn)e³⁺不能氧化Ni²⁺．②已知實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄．•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O   ③Ksp（Ni（OH）₂）：5.0×10^-16，K_sp（NiC₂O₄）：4.0×10^-10
回答下列問(wèn)題：
（1）酸溶后所留殘?jiān)�的主要成份碳�?nbsp;（填物質(zhì)名稱(chēng)）．
（2）用NiO調(diào)節(jié)溶液的pH，析出沉淀的成分為Fe（OH）₃Al（OH）₃（填化學(xué)式）；
（3）寫(xiě)出加入Na₂C₂O₄溶液后反應(yīng)的化學(xué)方程式Na₂C₂O₄+NiCl₂+2H₂O=2NaCl+NiC₂O₄•2H₂O↓．
（4）寫(xiě)出加入NaOH溶液所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式NiC₂O₄+2OH^-=Ni（OH）₂↓+C₂O₄^2-，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為8.0×10⁵L．mol^-1．
（5）電解過(guò)程中陰極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物之一氧化，寫(xiě)出氧化反應(yīng)的離子方程式：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-．
（6）鐵鎳蓄電池，放電時(shí)總反應(yīng)：Fe+Ni₂O₃+3H₂O═Fe（OH）₂+2Ni（OH）₂，下列有關(guān)該電池的說(shuō)法不正確的是
A．電池的電解液為堿性溶液，電池的正極為Ni₂O₃、負(fù)極為Fe
B．電池充電時(shí)，陰極附近溶液的pH降低
C．電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe+20H^--2e^一═Fe（OH）₂
D．電池充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為2Ni（OH）₂+20H^--2e^-═Ni₂O₃+3H₂O．

Answer 1

分析 將廢舊鎳電池電極材料溶于稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)Ni（OH）₂+2HCl=NiCl₂+2H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，過(guò)濾得到的殘?jiān)�是C，向?yàn)V液中加入NiO，條件溶液的pH，根據(jù)流程圖知，生成的沉淀應(yīng)該是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后向?yàn)V液中加入Na₂C₂O₄溶液，發(fā)生反應(yīng)NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl，過(guò)濾，將濾液電解，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，過(guò)濾得到的NiC₂O₄和NaOH反應(yīng)生成Ni（OH）₂，用氯氣將Ni（OH）₂氧化生成Ni（OH）₃，最后洗滌沉淀得到較純凈的Ni（OH）₃，根據(jù)鐵鎳蓄電池放電時(shí)總反應(yīng)：Fe+Ni₂O₃+3H₂O═Fe（OH）₂+2Ni（OH）₂，可判斷電解液為堿性，充電時(shí)消耗氫氧根，陰極附近溶液的pH升高，據(jù)此分析解答．

解答 解：將廢舊鎳電池電極材料溶于稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)Ni（OH）₂+2HCl=NiCl₂+2H₂O、Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O、2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，過(guò)濾得到的殘?jiān)�是C，向?yàn)V液中加入NiO，條件溶液的pH，根據(jù)流程圖知，生成的沉淀應(yīng)該是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后向?yàn)V液中加入Na₂C₂O₄溶液，發(fā)生反應(yīng)NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl，過(guò)濾，將濾液電解，陽(yáng)極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，過(guò)濾得到的NiC₂O₄和NaOH反應(yīng)生成Ni（OH）₂，用氯氣將Ni（OH）₂氧化生成Ni（OH）₃，根據(jù)鐵鎳蓄電池放電時(shí)總反應(yīng)：Fe+Ni₂O₃+3H₂O═Fe（OH）₂+2Ni（OH）₂，可判斷電解液為堿性，充電時(shí)消耗氫氧根，陰極附近溶液的pH升高．
（1）通過(guò)以上分析知，酸溶時(shí)能與鹽酸反應(yīng)的物質(zhì)是Al、Ni（OH）₂、Fe₂O₃，故答案為：碳粉；
（2）用NiO調(diào)節(jié)溶液的pH，析出沉淀的成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）加入Na₂C₂O₄溶液后反應(yīng)的化學(xué)方程式為NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl，故答案為：NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl；
（4）加入NaOH溶液，NiC₂O₄沉淀轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，NiC₂O₄+2OH^-?Ni（OH）₂+C₂O₄^2-，根據(jù)K_sp（NiC₂O₄）：4.0×10^-10
c（Ni²⁺）=c（C₂O₄^2-）=$\sqrt{Ksp}$=$\sqrt{4.0×1{0}^{-10}}$=2×10^-5mol/L；根據(jù)K_sp（Ni（OH）₂）：5.0×10^-16，c²（OH^-）=$\frac{Ksp[Ni（OH）_{2}]}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{5.0×1{0}^{-16}}{2.0×1{0}^{-5}}$=2.5×10^-11mol²/L²；則該反應(yīng)的平衡常數(shù)$\frac{C（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}{{C}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2×1{0}^{-5}}{2.5×1{0}^{-11}}$=8×10⁵L/mol；
故答案為：NiC₂O₄+2OH^-?Ni（OH）₂+C₂O₄^2-；8×10⁵L/mol；
（5）電解過(guò)程中陰極反應(yīng)是水得電子產(chǎn)生氫氣，電解NaCl溶液可以得到氧化性物質(zhì)氯氣，所以沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物Cl₂氧化生成Ni（OH）₃，故答案為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-；2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-；
（6）A、根據(jù)鐵鎳蓄電池放電時(shí)總反應(yīng)：Fe+Ni₂O₃+3H₂O═Fe（OH）₂+2Ni（OH）₂，可判斷電解液為堿性，故A正確；
B、充電時(shí)消耗氫氧根，陰極附近溶液的pH升高，故B錯(cuò)誤；
C、電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe+20H^--2e^-=Fe（OH）₂，故C正確；
D、電池充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為2Ni（OH）₂+20H^--2e^-=Ni₂O₃+3H₂O，故D正確，
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的分離和提純，側(cè)重考查分析、推斷、計(jì)算能力，涉及離子反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、平衡常數(shù)的計(jì)算、沉淀的洗滌等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，為高考高頻點(diǎn)，明確每一步中發(fā)生的反應(yīng)及物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)分離方法即可解答，題目難度中等．