Question

10．鎳電池廣泛應(yīng)用于混合動力汽車系統(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環(huán)境有危害．某興趣小組對該電池電極材料進行資源回收研究，設(shè)計實驗流程如圖：

已知：
①NiCl₂易溶于水，F(xiàn)e³⁺不能氧化Ni²⁺．
②已知實驗溫度時的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄．•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O．
③Ksp Ni（OH）₂：5.0×10^-16，Ksp（NiC₂O₄）：4.0×10^-10．
認真研讀題給信息，回答下列問題：
（1）酸溶后所留殘渣的主要成份碳粉 （填物質(zhì)名稱）．
（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（填化學(xué)式）；
（3）寫出加入Na₂C₂O₄溶液后反應(yīng)的化學(xué)方程式NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl．
（4）寫出加入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8×10⁵．
（5）電解過程中陰極反應(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，放電時總反應(yīng)：Fe+Ni₂O₃+3H₂O═Fe（OH）₂+2Ni（OH）₂，下列有關(guān)該電池的說法不正確的是B．
A．電池的電解液為堿性溶液，電池的正極為Ni₂O₃，負極為Fe
B．電池充電時，陰極附近溶液的pH降低
C．電池放電時，負極反應(yīng)為Fe+2OH^--2e^-Fe（OH）₂
D．電池充電時，陽極反應(yīng)為2Ni（OH）₂+2OH^--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↑，過濾得到的殘渣是C，向濾液中加入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，然后向濾液中加入Na₂C₂O₄溶液，發(fā)生反應(yīng)NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl，過濾，將濾液電解，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，過濾得到的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↑，過濾得到的殘渣是C，向濾液中加入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，然后向濾液中加入Na₂C₂O₄溶液，發(fā)生反應(yīng)NiCl₂+Na₂C₂O₄=NiC₂O₄↓+2NaCl，過濾，將濾液電解，陽極上氯離子放電生成氯氣、陰極上氫離子放電生成氫氣，過濾得到的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，充電時消耗氫氧根，陰極附近溶液的pH升高．
（1）通過以上分析知，酸溶時能與鹽酸反應(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，則c（Ni²⁺）=c（C₂O₄^2-）=$\sqrt{Ksp}$=$\sqrt{4.0×10{\;}^{-10}}$=2×10^-5mol/L；根據(jù)K_sp（Ni（OH）₂）：5.0×10^-16，c²（OH^-）=$\frac{Ksp[Ni（OH）{\;}_{2}]}{c（Ni{\;}^{2+}）}$=$\frac{5.0×10{\;}^{-16}}{2.0×10{\;}^{-5}}$=2.5×10^-11mol²/L²；則該反應(yīng)的平衡常數(shù)$\frac{C（C{\;}^{2}O{\;}_{4}{\;}^{2-}）}{C{\;}^{2}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{2×10{\;}^{-5}}{2.5×10{\;}^{-11}}$=8×10⁵；
故答案為：NiC₂O₄+2OH^-?Ni（OH）₂+C₂O₄^2-；8×10⁵；
（5）電解過程中陰極反應(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、充電時消耗氫氧根，陰極附近溶液的pH升高，故B錯誤；
C、電池放電時，負極反應(yīng)為Fe+20H^--2e^-=Fe（OH）₂，故C正確；
D、電池充電時，陽極反應(yīng)為2Ni（OH）₂+20H^--2e^-=Ni₂O₃+3H₂O，故D正確，
故答案為：B．

點評 本題考查混合物的分離和提純，側(cè)重考查分析、推斷、計算能力，涉及離子反應(yīng)方程式的書寫、平衡常數(shù)的計算、沉淀的洗滌等知識點，綜合性較強，為高考高頻點，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．