Question

16．鎳電池廣泛應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，某學習小組對該電池電極材料進行回收研究．
已知：①NiO₂有強氧化性，可與濃鹽酸反應；
②NiCl₂易溶于水，F(xiàn)e³⁺不能氧化Ni²⁺．
③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	4.1	-
Fe（OH）3	3.5×10-38	2.2	3.5
Fe（OH）2	1.0×10-15	7.5	9.5
Ni（OH）2	6.5×10-18	6.4	8.4

回答下列問題：
（1）該電池的正極反應式為；NiO₂+2H₂O+2e^-=Ni（OH）₂+2OH^-；
（2）維持電流強度為1.0A，消耗0.28gFe，理論電池工作965s．（已知F=96500C/mol）
（3）對該電池電極材料進行回收方案設(shè)計：

①方案中加入適量雙氧水的目的是將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；，；將混合物加入氫氧化鈉溶液充分溶解、過濾、洗滌得到濾渣為氫氧化鐵，將濾液中通入過量二氧化碳氣體過濾洗滌得到沉淀氫氧化鋁；在濾液I中慢慢加入NiO固體，則依次析出沉淀Fe（OH）₃和沉淀Al（OH）₃（填化學式）．若兩種沉淀都析出，pH應控制在不超過6.4（離子濃度小于1×10-5mol/L為完全沉淀，lg2=0.3、lg3=0.4）；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．
②濾液III中溶質(zhì)的主要成分是NaCl（填化學式）；氣體I為Cl₂，判斷依據(jù)是電解池陽極產(chǎn)生Cl₂將NiC₂O₄氧化為Ni（OH）₃．

Answer 1

分析 （1）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，鐵做負極，NiO₂做正極發(fā)生還原反應生成Ni（OH）₂，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫電極反應；
（2）依據(jù)Q=tI，鐵失電子發(fā)生氧化反應最后生成+3價鐵，結(jié)合電子守恒計算；
（3）廢電池電極材料加入鹽酸溶解，得到氯化鎳、氯化亞鐵、氯化鋁，加入雙氧水氧化亞鐵離子為鐵離子，過濾得到濾渣Ⅰ為C，濾液1為氯化鐵、氯化鎳、氯化鋁溶液，加入NiO調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子和鋁離子，過濾得到濾渣Ⅱ為Fe（OH）₃，Al（OH）₃，濾液Ⅱ中加入Na₂C₂O₄，沉淀鎳離子生成NiC₂O₄•H₂O，和濾液Ⅲ為氯化鈉溶液，電解得到氫氣、氯氣和氫氧化鈉溶液，氣體Ⅰ為Cl₂，氯氣、氫氧化鈉溶液和NiC₂O₄•H₂O反應生成Ni（OH）₃，
①廢電池電極材料加入鹽酸溶解，得到氯化鎳、氯化亞鐵、氯化鋁，加入適量雙氧水的目的是將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入NiO的目的是調(diào)節(jié)溶液PH值，先后沉淀鐵離子和鋁離子，但鎳離子不能沉淀，根據(jù)題中表中數(shù)據(jù)可知，PH控制控制在不超過6.4，鐵離子和鋁離子都沉淀析出，過濾得到Fe（OH）₃，Al（OH）₃，氫氧化鋁是兩性氫氧化物，把氫氧化鐵和氫氧化鋁溶于過量氫氧化鈉溶液中過濾得到濾渣為氫氧化鐵沉淀，濾液為偏鋁酸鈉溶液，再通入過量二氧化碳沉淀出氫氧化鋁；
②分析可知濾液Ⅲ中溶質(zhì)的主要成分是氯化鈉，電解氯化鈉溶液，陽極上氯離子失電子生成氯氣，氣體Ⅰ為氯氣；

解答 解：（1）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，鐵做負極，NiO₂做正極發(fā)生還原反應生成Ni（OH）₂，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫電極反應為：NiO₂+2H₂O+2e^-=Ni（OH）₂+2OH^-，
故答案為：NiO₂+2H₂O+2e^-=Ni（OH）₂+2OH^-；
（2）維持電流強度為1.0A，消耗0.28gFe，鐵失電子最終生成+3價鐵，電子轉(zhuǎn)移總物質(zhì)的量=$\frac{0.28g}{56g/mol}$×2=0.01mol，
理論電池工作時間t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{0.01mol×96500C/mol}{1.0A}$=965s，
故答案為：965；
（3）①廢電池電極材料加入鹽酸溶解，得到氯化鎳、氯化亞鐵、氯化鋁，加入適量雙氧水的目的是將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入NiO的目的是調(diào)節(jié)溶液PH值，先后沉淀鐵離子和鋁離子，但鎳離子不能沉淀，根據(jù)題中表中數(shù)據(jù)可知，PH控制控制在不超過6.4，鐵離子和鋁離子都沉淀析出，過濾得到Fe（OH）₃，Al（OH）₃，氫氧化鋁是兩性氫氧化物，把氫氧化鐵和氫氧化鋁溶于過量氫氧化鈉溶液中過濾得到濾渣為氫氧化鐵沉淀，濾液為偏鋁酸鈉溶液，再通入過量二氧化碳沉淀出氫氧化鋁，
故答案為：將溶液中的Fe²⁺氧化為Fe³⁺；Fe（OH）₃、Al（OH）；6.4；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；
②分析可知濾液Ⅲ中溶質(zhì)的主要成分是氯化鈉，電解氯化鈉溶液，陽極上氯離子失電子生成氯氣，Ni（OH）₂-Ni（OH）₃，鎳元素化合價升高需要加入氣體為氧化劑所以氣體Ⅰ為Cl₂，
故答案為：NaCl；Cl₂；電解池陽極產(chǎn)生Cl₂將NiC₂O₄氧化為Ni（OH）₃．

點評 本題考查了物質(zhì)分離提純實驗過程分析判斷，涉及原電池原理的理解應用和電極反應書寫、電子守恒的計算、難溶電解質(zhì)的計算、電解綜合運用，綜合性強，計算量大，有一定難度．