Question

16．蓄電池是一種可以反復(fù)充電、放電的裝置．有一種蓄電池在充電和放電時(shí)發(fā)生的反應(yīng)是：
NiO₂+Fe+2H₂O $?_{充電}^{放電}$  Fe（OH）₂+Ni（OH）₂．
（1）金屬鎳（Ni）的質(zhì)子數(shù)比鐵多2個(gè)，則金屬鎳位于元素周期表的第四周期，第Ⅷ族．
（2）此蓄電池放電時(shí)，該電池發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是B（填序號(hào)）．
A．NiO₂           B．Fe           C．Fe（OH）₂           D．Ni（OH）₂
（3）此蓄電池充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O．
（4）用該蓄電池電解含有0.2mol NaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉(zhuǎn)移了0.1mol e^-，且電解池的電極均為惰性電極．陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積是1.12L；將電解后的溶液加水稀釋至1L，此時(shí)溶液的pH=13．
（5）該電池電極材料對(duì)環(huán)境有危害．在對(duì)電池進(jìn)行回收處理過(guò)程中遇到以下問(wèn)題：
已知：K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38，K_sp[Ni（OH）₂]=1.0×10^-15．某溶液中含有0，1mol•L^-1的Ni²⁺和0.1mol•L^-1的Fe³⁺，當(dāng)逐滴加入NaOH溶液（忽略溶液體積改變），
①先沉淀的離子是Fe³⁺．
②要想使Fe³⁺沉淀完全，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH需控制的范圍是3.3-7．
（可能用到的數(shù)據(jù)：lg2=0.3，lg3=0.5）

Answer 1

分析 （1）金屬鎳（Ni）的質(zhì)子數(shù)比鐵多2個(gè)，則金屬鎳（Ni）原子序數(shù)為28，據(jù)此分析其在周期表中的位置；
（2）由方程式可知，放電時(shí)，F(xiàn)e被氧化生成Fe（OH）₂，F(xiàn)e為負(fù)極；
（3）蓄電池充電時(shí)是電解池原理，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此結(jié)合題干總反應(yīng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式；
（4）電解NaCl溶液，且電解池的電極均為惰性電極，陰極生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑，陽(yáng)極生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根據(jù)電子守恒計(jì)算；
（5）①逐滴加入NaOH溶液，剛開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）越小越先沉淀，根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算；
②根據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算．

解答 解：（1）金屬鎳（Ni）的質(zhì)子數(shù)比鐵多2個(gè)，則金屬鎳（Ni）原子序數(shù)為28，位于周期表第四周期第Ⅷ族，
故答案為：四；Ⅷ；
（2）由方程式可知，放電時(shí)，F(xiàn)e被氧化生成Fe（OH）₂，F(xiàn)e為負(fù)極，電極上發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是Fe，
故答案為：B；
（3）蓄電池充電時(shí)是電解池原理，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)已知總反應(yīng)可得陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：Ni（OH）₂+2OH^--2e ^-=NiO₂+2H₂O，
故答案為：Ni（OH）₂+2OH^--2e ^-=NiO₂+2H₂O；
（4）電解NaCl溶液，且電解池的電極均為惰性電極，陰極生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑，陽(yáng)極生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電路中轉(zhuǎn)移了0.1mol e^-，可知生成0.05molCl₂，體積為0.05mol×22.4L/mol=1.12L，電解后c（OH^-）=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，則c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{0.1}$=1×10^-13，溶液的pH=13，
故答案為：1.12L；13；
（5）①逐滴加入NaOH溶液，剛開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）越小越先沉淀，根據(jù)溶度積常數(shù)，F(xiàn)e³⁺開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）=$\root{3}{\frac{8.0×{10}^{-38}}{0.1}}$=2×10^-13mol/L，Ni²⁺開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×{10}^{-15}}{0.1}}$=10^-8mol/L，F(xiàn)e³⁺開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）比Ni²⁺開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）小，則Fe³⁺先沉淀，故答案為：Fe³⁺；
②根據(jù)溶度積常數(shù)，F(xiàn)e³⁺沉淀完全c（OH^-）應(yīng)大于$\root{3}{\frac{8.0×{10}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=2×10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-11}}$=5×10^-4mol/L，溶液的pH＞3.3，Ni²⁺開(kāi)始沉淀時(shí)需要的c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×{10}^{-15}}{0.1}}$=10^-7mol/L，c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=10^-7mol/L，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH還必須小于7，則要想使Fe³⁺沉淀完全，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH需控制的范圍是3.3-7，
故答案為：3.3-7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池和電解池知識(shí)及根據(jù)溶度積常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、計(jì)算能力的考查，題目難度中等，注意把握電極方程式的書(shū)寫(xiě)，為解答該題的關(guān)鍵，也是易錯(cuò)點(diǎn)，做題時(shí)注意體會(huì)．