Question

11．堿式氧化鎳（NiOOH）可用作鎳氫電池的正極材料，可用廢鎳催化劑（主要含Ni、Al，少量Cr、FeS等）來制備，其工藝流程如圖1：

回答下列問題：
（1）“浸泡除鋁”時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑．
（2）“溶解”時放出的氣體為H₂、H₂S（填化學(xué)式）．硫酸鎳溶液可用于制備合成氨的催化劑Co_nNi_（1-n）Fe₂O₄．如圖2表示在其他條件相同時合成氨的相對初始速率隨催化劑中n值變化的曲線，由圖分析可知Co²⁺、Ni²⁺兩種離子中催化效果更好的是Co²⁺．
（3）“氧化”時，酸性條件下，溶液中的Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，其離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O
（4）已知該條件下金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表：

	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Ni2+	6.2	8.6
Fe2+	7.6	9.1
Fe3+	2.3	3.3
Cr3+	4.5	5.6

“調(diào)pH1”時，溶液pH范圍為5.6～6.2；過濾2所得濾渣的成分Cr（OH）₃和Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．
（5）寫出在空氣中加熱Ni（OH）₂制取NiOOH的化學(xué)方程式4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O．
（6）含鎳金屬氫化物MH-Ni燃料電池是一種綠色環(huán)保電池，廣泛應(yīng)用于電動汽車．其中M代表儲氫合金，MH代表金屬氫化物，電解質(zhì)溶液可以是KOH水溶液．它的充、放電反應(yīng)為：xNi（OH）₂+M$?_{充電}^{放電}$MH_x+xNiOOH；電池充電過程中陽極的電極反應(yīng)式為Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O．

Answer 1

分析 鎳催化劑中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余為SiO₂和有機(jī)物，廢催化劑中加入堿液，Al、SiO₂分別和堿液發(fā)生反應(yīng)2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，然后過濾，濾液A中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，
其余為濾渣a，濾渣a中加入硫酸，金屬Fe變?yōu)镕e²⁺，Ni變?yōu)镹i²⁺，過濾后，其余為濾渣b，濾液B中含有FeSO₄、NiSO₄，向?yàn)V液B中加入雙氧水的目的是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，以便與調(diào)節(jié)pH使其生成沉淀除去，即溶液C中含有Fe³⁺、Ni²⁺等，調(diào)節(jié)pH=6，得到沉淀為Fe（OH）₃，過濾得到濾渣c(diǎn)為Fe（OH）₃，得到濾液D為含有Ni²⁺的溶液，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)pH值，最后蒸發(fā)結(jié)晶即可得到目標(biāo)產(chǎn)物，據(jù)此分析解答；
（1）“浸泡除鋁”時，利用鋁是兩性金屬，能溶解于NaOH溶液，生成偏鋁酸鈉和氫氣，結(jié)合電子守恒和原子守恒，書寫化學(xué)方程式；
（2）“溶解”時用稀硫酸溶解Ni、Cr及FeS生成鹽和氫氣或硫化氫，根據(jù)反應(yīng)原理解答；根據(jù)圖示判斷，合成氨始速率越大與Ni²⁺及Co²⁺的關(guān)系；
（3）“氧化1”時，酸性條件下，溶液中的Fe²⁺被NaClO氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒書寫此反應(yīng)的離子方程式；
（4）根據(jù)圖表，結(jié)合Fe³⁺和Cr²⁺全部沉淀時溶液的pH，鎳離子開始沉淀時溶液pH判斷調(diào)整范圍；
（5）在加熱條件下Ni（OH）₂與空氣中氧氣反應(yīng)得到堿式氧化鎳（NiOOH），根據(jù)電子守恒和原子守恒書寫此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（6）可充電池充電時是原電池，放電時是電解池，充電時的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，放電時陰極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)式并結(jié)合氧化還原反應(yīng)理論進(jìn)行判斷．

解答 解：（1）“浸泡除鋁”時，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）“溶解”時為Ni、Cr、FeS與稀硫酸反應(yīng)，Ni+H₂SO₄═NiSO₄+H₂↑、Cr+H₂SO₄═CrSO₄+H₂↑、FeS+H₂SO₄═NiSO₄+H₂S↑；由圖可知，隨n值越大，合成氨的相對初始速率越大，而n增大，Co²⁺的比例增大，故Co²⁺的催化活性更高，
故答案為：H₂、H₂S；Co²⁺；
（3）“氧化1”時，酸性條件下，溶液中的Fe²⁺被NaClO氧化為Fe³⁺，其離子方程式為：ClO^-+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+2H₂O；
故答案為：ClO^-+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+2H₂O；
（4）加入Ni（OH）₂調(diào)節(jié)溶液PH使Fe³⁺和Cr²⁺全部沉淀，鎳離子不沉淀，故pH范圍為5.6～6.2；
故答案為：5.6～6.2；Cr（OH）₂和Fe（OH）₃；
（5）在加熱條件下Ni（OH）₂與空氣反應(yīng)得到堿式氧化鎳（NiOOH），化學(xué)方程式為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
故答案為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（6）陽極電極反應(yīng)方程式為：Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；放電為原電池，負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為：MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O，
故答案為：Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O．

點(diǎn)評 本題以化學(xué)工藝流程為載體考查物質(zhì)分離和提純，涉及基本操作、物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)分離和提純、原電池和電解池原理等知識點(diǎn)，明確流程圖中各個過程發(fā)生的反應(yīng)、基本操作方法及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．