Question

【題目】鎳電池廣泛應(yīng)用于混合動力汽車系統(tǒng)，電極材料由NiO2、Fe和碳粉涂在鋁箔上制成。放電過程中產(chǎn)生Ni（OH）2和Fe（OH）2，F(xiàn)e（OH）2最終氧化、脫水生成氧化鐵。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(jìn)行回收研究。

已知：①NiCl2易溶于水，F(xiàn)e3＋不能氧化Ni2＋。

②某溫度下一些金屬氫氧化物的Ksp及開始沉淀和完全沉淀時的理論pH如表所示：

M（OH）n	Ksp	pH
		開始沉淀	沉淀完全
Al（OH）3	2.0×10－32	3.8	——
Fe（OH）3	4.0×10－38	1.9	3.2
Fe（OH）2	8.0×10－16	6.95	9.95
Ni（OH）2	6.5×10－18	5.9	8.9

回答下列問題：

（1）該電池的負(fù)極材料是___________________，正極反應(yīng)式為_________________，

（2）若電池輸出電壓為3V，給2W燈泡供電，當(dāng)電池消耗0.02gFe，理論上電池工作__________min（小數(shù)點后保留2位）。（已知F=96500C/mol）

（3）將電池電極材料用鹽酸溶解后加入適量雙氧水，其目的是_____________。過濾，在濾液中慢慢加入NiO固體，則開始析出沉淀時的離子方程式是_______________和___________________。若將兩種雜質(zhì)陽離子都沉淀析出，pH應(yīng)控制在___________（離子濃度小于或等于1×10-5mol/L為完全沉淀，lg2=0.3、lg3=0.5）；設(shè)計將析出的沉淀混合物中的兩種物質(zhì)分離開來的實驗方案_____________。

（4）將加入NiO過濾后的溶液加入Na2C2O4，得到NiC2O4·2H2O和濾液A，A的主要成分是_____________；電解濾液A，在陰極產(chǎn)生氣體B______（填分子式）；在陽極產(chǎn)生氣體C______（填分子式）。將NiC2O4·2H2O加入到電解后的溶液，再通入電解時某電解產(chǎn)生的氣體，即可得到回收產(chǎn)品Ni（OH）3，所通入氣體為______（填“B”、“C”）極氣體，判斷依據(jù)是_________。

Answer 1

【答案】 Fe NiO2+2H2O+2e-=Ni（OH）2+2OH- 1.72 將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+ NiO+2H+=Ni2++H2O Fe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3H+ 5.1~5.9之間 將混合物加入NaOH溶液中充分溶解，過濾、洗滌，濾渣為Fe（OH）3，將濾液通入足量CO2，過濾、洗滌，得沉淀物Al（OH）3。 NaCl溶液 H2 Cl2 C 電解池陽極產(chǎn)生Cl2，由Ni（OH）2→Ni（OH）3，Ni元素化合價升高，需要加入氧化劑，故選用電解池陽極產(chǎn)生的Cl2。

【解析】（1）本題考查原電池正負(fù)極的判斷以及電極反應(yīng)式的書寫，原電池工作原理中，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價升高，根據(jù)題目中所給信息，F(xiàn)e→Fe(OH)2，F(xiàn)e的化合價升高，因此鐵作負(fù)極，原電池的正極上發(fā)生還原反應(yīng)，化合價降低，根據(jù)信息，NiO2→Ni(OH)2，Ni的化合價降低，NiO2在正極上得電子，即電極反應(yīng)式為NiO2＋2H2O＋2e－=Ni(OH)2＋2OH－；（2）本題考查電化學(xué)的計算，消耗0.02gFe產(chǎn)生的電量是0.02×2×96500/56=68.93C，根據(jù)I=P/U=2/3=0.67A，工作時間為68.93/(0.67×60)=1.71min；（3）本題考查元素及其化合物的性質(zhì)，電極材料有Al、Ni(OH)2、Fe2O3，加入鹽酸后，溶液中的離子是Ni2＋、Al3＋、Fe2＋，加入過氧化氫溶液，把Fe2＋氧化成Fe3＋，慢慢加入NiO固體，與H＋反應(yīng)，使pH增大，由表中數(shù)據(jù)可知，開始出現(xiàn)沉淀為Fe(OH)3，若兩種沉淀同時析出，pH應(yīng)控制在Al3＋完全沉淀和Ni2＋不沉淀之間，Al3＋離子濃度小于或等于1×10－5mol·L－1，，由Ksp[Al(OH)3]=c(Al3＋)×c3(OH－)=2.0×10－32，代入數(shù)值，解得c(OH－)= mol·L－1，pOH=8.9，則pH=14－8.9=5.1，因此pH應(yīng)控制在5.1～5.9之間，將沉淀混合物Fe(OH)3、Al(OH)3加入足量的氫氧化鈉溶液中，先將Al(OH)3充分溶解、過濾、洗滌，濾渣為Fe(OH)3，再向濾液通入足量CO2，過濾、洗滌，得到沉淀物Al(OH)3；（4）本題考查電解原理，將加入NiO過濾后的溶液主要成分是NiCl2，加入Na2C2O4，得到NiC2O4·2H2O，濾液A主要成分是NaCl，電解NaCl溶液：2Cl－＋2H2O H2↑（陰極）＋Cl2↑（陽極）＋2OH－，將NiC2O4·2H2O加入到電解后的NaOH溶液，可得到回收產(chǎn)品Ni(OH)3，Ni元素的化合價升高，因此通入氣體為Cl2，即電解池陽極氣體。