Question

3．鎳具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，是許多領(lǐng)域尤其是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要原料．羰基法提純粗鎳涉及的兩步反應(yīng)依次為：
①Ni（s）+4CO（g）$\stackrel{50℃}{?}$ Ni（CO）₄（g）△H＜0
②Ni（CO）₄（g）$\stackrel{230℃}{?}$Ni（s）+4CO（g）△H＞0
完成下列填空：
（1）在溫度不變的情況下，要提高反應(yīng)（1）中Ni（CO₄）的產(chǎn)率，可采取的措施有及時(shí)移走Ni（CO）₄、加壓．
（2）已知在一定條件下的2L密閉容器中制備Ni（CO）₄，粗鎳（純度98.5%，所含雜質(zhì)不與CO反應(yīng)）剩余質(zhì)量和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示．Ni（CO）₄在0～10min的平均反應(yīng)速率為0.05mol•L^-1min^-1．
（3）若反應(yīng)（2）達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，降低溫度，重新達(dá)到平衡時(shí)bc．
a．平衡常數(shù)K增大   b．CO的濃度減小  c．Ni的質(zhì)量減小    d．v_逆增大
（4）簡(jiǎn)述羰基法提純粗鎳的操作過程．先將粗鎳和CO在50℃反應(yīng)生成羰基鎳，然后將羰基鎳轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)中，升溫至230℃熱解得到純鎳
（5）儲(chǔ)氫合金是一類能夠大量吸收氫氣，并與氫氣結(jié)合成金屬氫化物的材料．如鑭鎳合金，它吸收氫氣可結(jié)合成金屬氫化物，其化學(xué)式可近似地表示為L(zhǎng)aNi₅H₆ （LaNi₅H₆ 中各元素化合價(jià)均可看作是零），它跟NiO（OH）可組成鎳氫可充電電池：LaNi₅H₆+6NiO（OH）$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂ 該電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)是LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O． 市面上出售的標(biāo)稱容量為2 000mA h（mA h表示毫安時(shí)）的1節(jié)鎳氫電池至少應(yīng)含有鑭鎳合金5.4g（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，已知1mol電子的電量為96500庫侖或安培•秒 Mr（LaNi₅）=434）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)Ni（S）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g）+Q是放熱反應(yīng)，反應(yīng)前后氣體體積減小，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；
（2）粗鎳的純度98.5%，1-10min內(nèi)粗鎳質(zhì)量減少100g-41g═59g；鎳的質(zhì)量=59g×98.5%=58.115g依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算Ni（CO）₄的質(zhì)量，計(jì)算物質(zhì)的量得到變化濃度，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
（3）由反應(yīng)①為放熱反應(yīng)可知反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，因此反應(yīng)②達(dá)到平衡后，降溫，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)平衡常數(shù)K變小、CO的濃度與Ni的質(zhì)量均減小、因溫度降低，v逆[Ni（CO）4]減��；
（4）利用信息可知，可采取在低溫（50℃）時(shí)讓粗鎳和CO作用，使生成的Ni（CO）₄在230℃時(shí)分解即可得到純鎳；
（5）根據(jù)反應(yīng)的總方程式可知陰極應(yīng)為L(zhǎng)aNi₅LaNi₅H₆被還原生成LaNi₅H₆；根據(jù)1mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)所通過的電量為1法拉第，1法拉第電量為96500庫侖或安培秒，則2000mAh的1節(jié)鎳氫電池則要轉(zhuǎn)移$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol電子，再根據(jù)電極反應(yīng)計(jì)算需要金屬鎳的質(zhì)量．

解答 解：（1）反應(yīng)①是氣體體積減少的放熱反應(yīng)，因此在溫度不變的情況下，采取增大體系壓強(qiáng)、從反應(yīng)體系中移走Ni（CO）₄（g）等措施均可使反應(yīng)正向進(jìn)行，提高Ni（CO）4的產(chǎn)率，
故答案為：及時(shí)移走Ni（CO）₄，加壓； 
（2）隨反應(yīng)進(jìn)行，粗鎳減少的質(zhì)量即為參加反應(yīng)①消耗的鎳的質(zhì)量，粗鎳的純度98.5%，1-10min內(nèi)粗鎳質(zhì)量減少100g-41g=59g；鎳的質(zhì)量=59g×98.5%=58.115g在0～10min，生成Ni的物質(zhì)的量=$\frac{（100-41）×98.5%}{59}$=0.985mol，故在0～10min，v[Ni（CO）₄]=$\frac{\frac{0.985mol}{2L}}{10min}$=0.985mol/（2L×10min）=0.05mol/（L•min）；
故答案為：0.05mol/（L•min）；
（3）由反應(yīng)①為放熱反應(yīng)可知反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，因此反應(yīng)②達(dá)到平衡后，降溫，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)平衡常數(shù)K變小、CO的濃度與Ni的質(zhì)量均減小、因溫度降低，v逆[Ni（CO）₄]減��；
a．溫度降低平衡向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減��；
b．溫度降低平衡向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)，平衡逆向進(jìn)行一氧化碳濃度減小；
c．依據(jù)反應(yīng)分析，溫度降低反應(yīng)①平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)②逆向進(jìn)行，鎳質(zhì)量減小；
d．平衡逆向進(jìn)行，溫度降低，v_逆[Ni（CO）₄]減�。�
故答案為：bc；
（4）利用信息可知，可采取在低溫（50℃）時(shí)讓粗鎳和CO作用，使生成的Ni（CO）₄在230℃時(shí)分解即可得到純鎳，在封閉的玻璃管一端放入粗鎳，控制溫度在50℃，通入CO氣體，一點(diǎn)時(shí)間后在玻璃管的另一端加熱至230℃，即可在該端獲得純凈的鎳，
故答案為：先將粗鎳和CO在50℃反應(yīng)生成羰基鎳，然后將羰基鎳轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)中，升溫至230℃熱解得到純鎳；
（5）放電時(shí)，負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O，因?yàn)?mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)所通過的電量為1法拉第，1法拉第電量為96500庫侖或安培秒，則2000mA•h的1節(jié)鎳氫電池則要轉(zhuǎn)移$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol電子，又根據(jù)陰極反應(yīng)LaNi₅+6e^-+6H₂O═LaNi₅H₆+6OH^-，所以1mol鑭鎳合金轉(zhuǎn)移6mol電子，所以2000mAh的1節(jié)鎳氫電池則要鑭鎳合金的質(zhì)量為$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol×$\frac{1}{6}$×（139+59×5+6）g/mol=5.4g，故答案為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O；5.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的影響因素，題目難度不大，明確化學(xué)平衡及其影響因素為解答關(guān)鍵，試題側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)的考查，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．