Question

12．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、炭粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成．為實現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染，設(shè)計如下工藝流程：

已知：①NiCl₂易溶水，F(xiàn)e³⁺不能氧化Ni²⁺
②該溫度下一些難溶物的Ksp及沉淀析出的理論pH如表所示：

	Ksp	開始沉淀pH	沉淀完全pH
Al（OH）3	1.9×10-33	3.43	4.19
Fe（OH）3	3.8×10-38	2.53	2.94
Ni（OH）2	1.6×10-14	7.60	9.75
NiC2O4	4.0×10-10	--	--

回答下列問題：
（1）該工藝流程中多次重復(fù)利用的一種實驗基本操作是過濾．
（2）酸溶所留殘渣的主要成分為炭粉（填物質(zhì)名稱）
（3）根據(jù)上表數(shù)據(jù)判斷，用NiO調(diào)節(jié)溶液的pH，依次析出是沉淀Fe（OH）₃和沉淀Al（OH）₃（填化學(xué)式），
控制兩種沉淀析出可利用C．
A．pH試紙         B．石蕊指示劑           C．pH計
（4）已知實驗溫度時的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，則加入Na₂C₂O₄溶液發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O═NiC₂O₄•2H₂O↓+2NaCl．
（5）氧化步驟的離子反應(yīng)方程式2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-．
（6）FeCl₃和AlCl₃的混合溶液中加入NaOH溶液，若Fe（OH）₃和Al（OH）₃同時存在，則$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（A{l}^{3+}）}$=2.0×10^-5．

Answer 1

分析 廢舊鎳電池電極材料由Ni（OH）₂、炭粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的，加入鹽酸，其中碳粉不反應(yīng)，過濾得到殘渣為炭粉，結(jié)合信息①可知，濾液中含有NiCl₂、AlCl₃、FeCl₃及未反應(yīng)的HCl，加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH，使溶液中Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中加入Na₂C₂O₄溶液，由（4）中NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，所以生成的沉淀為NiC₂O₄•2H₂O，沉淀中加入NaOH溶液，由溶度積可知轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂．過濾分離得到Ni（OH）₂．過濾①的濾液主要是氯化鈉溶液，電解氯化鈉溶液得到氫氧化鈉、氯氣與氫氣，沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物之一氧化，氧化產(chǎn)物洗滌得到Ni（OH）₃，應(yīng)是Ni（OH）₂被氯氣氧化．
（6）若Fe（OH）₃和Al（OH）₃同時存在，由溶度積表達(dá)式可知$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（A{l}^{3+}）}$=$\frac{Ksp[Fe（O{H）}_{3}]}{Ksp[Al（OH）_{3}]}$．

解答 解：廢舊鎳電池電極材料由Ni（OH）₂、炭粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的，加入鹽酸，其中碳粉不反應(yīng)，過濾得到殘渣為炭粉，結(jié)合信息①可知，濾液中含有NiCl₂、AlCl₃、FeCl₃及未反應(yīng)的HCl，加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH，使溶液中Al³⁺、Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液中加入Na₂C₂O₄溶液，由（4）中NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，所以生成的沉淀為NiC₂O₄•2H₂O，沉淀中加入NaOH溶液，由溶度積可知轉(zhuǎn)化為Ni（OH）₂，過濾分離得到Ni（OH）₂．過濾①的濾液主要是氯化鈉溶液，電解氯化鈉溶液得到氫氧化鈉、氯氣與氫氣，沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物之一氧化，氧化產(chǎn)物洗滌得到Ni（OH）₃，應(yīng)是Ni（OH）₂被氯氣氧化．
（1）由上述分析可知，該工藝流程中多次重復(fù)利用的一種實驗基本操作是：過濾，
故答案為：過濾；
（2）加入鹽酸，其中碳粉不反應(yīng)，過濾得到殘渣為炭粉，
故答案為：炭粉；
（3）根據(jù)表中開始沉淀和沉淀完全pH，F(xiàn)e（OH）₃開始沉淀pH=2.53\沉淀完全pH=2.94，Al（OH）₃開始沉淀pH=3.43、沉淀完全pH=4.19，用NiO調(diào)節(jié)溶液的pH，依次沉淀為：Fe（OH）₃，Al（OH）₃，由于小于連續(xù)測定pH，且精度較高，應(yīng)選擇pH計控制兩種沉淀析出的pH，
故答案為：Fe（OH）₃；Al（OH）₃ ；C；
（4）NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，所以生成的沉淀為NiC₂O₄•2H₂O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O═NiC₂O₄•2H₂O↓+2NaCl；
故答案為：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O═NiC₂O₄•2H₂O↓+2NaCl；
（5）沉淀Ⅲ為Ni（OH）₂，被氯氣氧化得到Ni（OH）₃，該氧化反應(yīng)的離子方程式為：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-；
故答案為：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-；
（6）若Fe（OH）₃和Al（OH）₃同時存在，由溶度積表達(dá)式可知$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（A{l}^{3+}）}$=$\frac{Ksp[Fe（O{H）}_{3}]}{Ksp[Al（OH）_{3}]}$=2.0×10^-5，故答案為：2.0×10^-5．

點評 本題考查化學(xué)工藝流程、物質(zhì)的分離提純、沉淀轉(zhuǎn)化、電化學(xué)原理等，關(guān)鍵是對工藝流程的理解，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與遷移運用能力，難度中等．