Question

8．鎳電池廣泛應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，設計實驗流程如下：

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   ③K_sp （Ni（OH）₂）：5.0×10^-16，K_sp （NiC₂O₄）：4.0×10^-10
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（填化學式）；
（3）寫出加入Na₂C₂O₄溶液后反應的化學方程式Na₂C₂O₄+NiCl₂+2H₂O=2NaCl+NiC₂O₄•2H₂O↓．
（4）寫出加入NaOH溶液所發(fā)生反應的離子方程式NiC₂O₄+2OH^-?Ni（OH）₂+C₂O₄^2-，該反應的平衡常數(shù)為8×10⁵ L/mol．
（5）寫出電解時陰極的電極反應式2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物之一氧化，寫出氧化反應的離子方程式：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-．

Answer 1

分析 將廢舊鎳電池電極材料溶于稀鹽酸，發(fā)生反應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，生成的沉淀應該是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后向濾液中加入Na₂C₂O₄溶液，發(fā)生反應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：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，生成的沉淀應該是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，然后向濾液中加入Na₂C₂O₄溶液，發(fā)生反應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：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溶液后反應的化學方程式為：Na₂C₂O₄+NiCl₂+2H₂O=2NaCl+NiC₂O₄•2H₂O↓，
故答案為：Na₂C₂O₄+NiCl₂+2H₂O=2NaCl+NiC₂O₄•2H₂O↓；
（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-）=$\sqrt{{K}_{sp}}$=$\sqrt{4×1{0}^{-10}}$=2×10^-5mol/L；
根據(jù)K_sp（Ni（OH）₂）：5.0×10^-16，c²（OH^-）=$\frac{{K}_{sp}[Ni（OH）_{2}]}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{5.0×1{0}^{-16}}{2.0×1{0}^{-5}}$=2.5×10^-11mol²/L²；
則該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2×1{0}^{-5}}{2.5×1{0}^{-11}}$=8×10⁵L/mol；
故答案為：NiC₂O₄+2OH^-?Ni（OH）₂+C₂O₄^2-；8×10⁵L/mol；
（5）電解過程中陰極反應是水得電子產(chǎn)生氫氣，電極反應式為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-；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，該氧化反應的離子方程式為：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-，
故答案為：2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-；2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-．

點評 本題考查混合物的分離和提純，題目難度中等，涉及離子反應方程式的書寫、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)生的反應及物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)分離方法即可解答，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．