6.鎳電池廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)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(guò)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(duì)環(huán)境有危害,某學(xué)習(xí)小組對(duì)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(kāi)始沉淀和完全沉淀時(shí)的理論pH如表所示:
M(OH)nKsppH
開(kāi)始沉淀沉淀完全
Al(OH)32.0×10-324.1-
Fe(OH)33.5×10-382.23.5
Fe(OH)21.0×10-157.59.5
Ni(OH)26.5×10-186.48.4
回答下列問(wèn)題:
(1)該電池的正極反應(yīng)式為NiO2+2H2O+2e-=Ni(OH)2+2OH-;
(2)維持電流強(qiáng)度為1.0A,消耗0.02gFe,理論電池工作1.72min.(寫(xiě)出計(jì)算式,已知F=96500C/mol.)
(3)對(duì)該電池電極材料進(jìn)行回收方案設(shè)計(jì):

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+;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(xué)式).設(shè)計(jì)將析出的沉淀混合物中的兩種物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)的實(shí)驗(yàn)方案:將混合物加入氫氧化鈉溶液充分溶解、過(guò)濾、洗滌得到濾渣為氫氧化鐵,將濾液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w過(guò)濾洗滌得到沉淀氫氧化鋁.
②濾液Ⅲ中溶質(zhì)的主要成分是NaCl(填化學(xué)式);氣體I為Cl2,判斷依據(jù)是電解氯化鈉溶液,陽(yáng)極上氯離子失電子生成氯氣,Ni(OH)2-Ni(OH)3,鎳元素化合價(jià)升高需要加入氣體為氧化劑所以氣體Ⅰ為Cl2

分析 (1)電極材料由NiO2、Fe和碳粉涂在鋁箔上制成,放電過(guò)程中產(chǎn)生Ni(OH)2和Fe(OH)2,鐵做負(fù)極,NiO2做正極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2,結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng);
(2)依據(jù)Q=tI,鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)最后生成+3價(jià)鐵,結(jié)合電子守恒計(jì)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(guò)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(guò)濾得到濾渣Ⅱ?yàn)镕e(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(yīng)生成Ni(OH)3
①過(guò)氧化氫是氧化亞鐵離子便于除去,加入NiO調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子和鋁離子,濾液氫氧化鋁是兩性氫氧化物,把氫氧化鐵和氫氧化鋁溶于過(guò)量氫氧化鈉溶液中過(guò)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(guò)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(yáng)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(guò)程中產(chǎn)生Ni(OH)2和Fe(OH)2,鐵做負(fù)極,NiO2做正極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ni(OH)2,結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)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(qiáng)度為1.0A,消耗0.02gFe,鐵失電子最終生成+3價(jià)鐵,電子轉(zhuǎn)移總物質(zhì)的量=$\frac{0.02g}{56g/mol}$×3=0.00107mol,
理論電池工作時(shí)間t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{0.00107mol×96500C/mol}{1.0A}$=103.255s=1.72min,
故答案為:1.72;
(3)①過(guò)氧化氫是氧化亞鐵離子便于除去,方案中加入適量雙氧水的目的是將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+,加入NiO調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子和鋁離子,過(guò)濾得到濾渣Ⅱ?yàn)镕e(OH)3,Al(OH)3,濾液氫氧化鋁是兩性氫氧化物,把氫氧化鐵和氫氧化鋁溶于過(guò)量氫氧化鈉溶液中過(guò)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(guò)量二氧化碳沉淀出氫氧化鋁,具體步驟為:將混合物加入氫氧化鈉溶液充分溶解、過(guò)濾、洗滌得到濾渣為氫氧化鐵,將濾液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w過(guò)濾洗滌得到沉淀氫氧化鋁,
故答案為:將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+;Fe(OH)3,Al(OH)3;將混合物加入氫氧化鈉溶液充分溶解、過(guò)濾、洗滌得到濾渣為氫氧化鐵,將濾液中通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w過(guò)濾洗滌得到沉淀氫氧化鋁;
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(yáng)極上氯離子失電子生成氯氣,Ni(OH)2-Ni(OH)3,鎳元素化合價(jià)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;Ni(OH)2-Ni(OH)3,電解氯化鈉溶液,陽(yáng)極上氯離子失電子生成氯氣,鎳元素化合價(jià)升高需要加入氣體為氧化劑所以氣體Ⅰ為Cl2 ;

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析判斷,原電池原理的理解應(yīng)用和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)及其電子守恒的計(jì)算,掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵,題目難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

13.W、X、Y、Z是原子序數(shù)依次增大的同一短周期元素,W、X是金屬元素,Y、Z是非金屬元素.請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)W、X各自的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物可以反應(yīng)生成鹽和水,該反應(yīng)的離子方程式為Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.
(2)W與Y可形成化合物W2Y,該化合物的電子式為
(3)Y在周期表中的位置是第三周期第ⅥA族.
(4)比較W、X、Y、Z四種元素簡(jiǎn)單離子的半徑大。ㄓ没瘜W(xué)式表示,下同):S 2->Cl->Na+>Al3+;比較Y、Z的氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性強(qiáng)弱:HCl>H2S.
(5)X的硝酸鹽水溶液顯酸性性,用離子方程式解釋原因:Al3++3H2O?Al(OH)3+3H+
(6)Y的低價(jià)氧化物通入Z單質(zhì)的水溶液中,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:SO2+Cl2+2H2O═H2SO4+2HCl.
(7)Z的最高價(jià)氧化物為無(wú)色液體,0.25mol該物質(zhì)與一定量水混合得到一種稀溶液,并放出Q kJ的熱量.寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:Cl2O7(l)+H2O(l)═2HClO4(aq)△H=-4QkJ•mol-1

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

14.由甲醇和乙醇組成的混合液體1.24g,加入足量的鈉充分反應(yīng)后,共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體336mL,則原混合物中甲醇和乙醇的物質(zhì)的量之比為( 。
A.2:1B.1:2C.1:4D.3:1

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

14.我國(guó)著名科學(xué)家屠呦呦因發(fā)現(xiàn)治療瘧疾新型藥物青蒿素和雙氫青蒿素而獲2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),震驚世界,感動(dòng)中國(guó).已知青蒿素的一種化學(xué)部分工藝流程如下:

已知:
(1)下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是CD;
A.青蒿素遇濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙立刻顯藍(lán)色,是因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)中含有酯基
B.青蒿素易溶于水,難溶于乙醇、苯等
C.青蒿素屬于環(huán)狀化合物,但不屬于芳香族化合物
D.一定條件下,青蒿素能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)
(2)化合物A中含有的非含氧官能團(tuán)的名稱是碳碳雙鍵;CBA,請(qǐng)選擇下列合適的試劑來(lái)檢驗(yàn)該官能團(tuán),試劑加入的正確順序?yàn)镃BA;
A.溴水          B.稀鹽酸        C.新制氫氧化銅懸濁液    D.氫氧化鈉溶液
(3)該工藝流程中設(shè)計(jì)E→F、G→H的目的是保護(hù)羰基;
(4)反應(yīng)B→C,實(shí)際上可看作兩步進(jìn)行.試根據(jù)已知信息寫(xiě)出依次發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)類型是加成反應(yīng)、消去反應(yīng).
(5)M與A互為同系物,但比A少兩個(gè)碳原子.滿足下列條件的M的同分異構(gòu)體有4 種(不考慮立體異構(gòu)).
①含有六元環(huán)   ②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)
(6)請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)和上述信息,寫(xiě)出由苯甲醛和氯乙烷為原料(無(wú)機(jī)試劑任用),制備芐基乙醛(CH2CH2CHO)的路線流程圖.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

1.向等物質(zhì)的量濃度Na2S、NaOH混合溶液中滴加稀鹽酸至過(guò)量.其中主要含硫各物種(H2S、HS-、S2-)的分布分?jǐn)?shù)(平衡時(shí)某物種的濃度占各物種濃度之和的分?jǐn)?shù))與滴加鹽酸體積的關(guān)系如圖所示(忽略滴加過(guò)程H2S氣體的逸出).下列說(shuō)法不正確的是( 。
A.含硫物種B表示HS-
B.在滴加鹽酸過(guò)程中,溶液中c(Na+)與含硫各物種濃度的大小關(guān)系為:c(Na+)=3[c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)]
C.X,Y為曲線的兩交叉點(diǎn),若能知道X點(diǎn)處的pH,就可以計(jì)算出H2S的Ka
D.NaHS呈堿性,若向溶液中加入CuSO4溶液,恰好完全反應(yīng),所得溶液呈強(qiáng)酸性,其原因是Cu2++HS-═CuS↓+H+

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

11.某燒堿樣品中含有少量不與酸作用的可溶性雜質(zhì),為了測(cè)定其純度,進(jìn)行以下滴定操作:
A.轉(zhuǎn)移到容量瓶中最終配制成250mL燒堿溶液;
B.用移液管(或堿式滴定管)量取25.00mL燒堿溶液于錐形瓶中并加幾滴甲基橙指示劑;
C.在天平上準(zhǔn)確稱取燒堿樣品Wg,在燒杯中加蒸餾水溶解;
D.將物質(zhì)的量濃度為Mmol/L的標(biāo)準(zhǔn)H2SO4溶液裝入酸式滴定管,調(diào)整液面,記下開(kāi)始刻度數(shù)為V1mL;
E.在錐形瓶下墊一張白紙,滴定到終點(diǎn),記錄終點(diǎn)刻度為V2mL.
請(qǐng)完成下列問(wèn)題:
(1)操作步驟的正確順序是(填寫(xiě)字母)C→A→B、D→E
(2)滴定至終點(diǎn)時(shí),錐形瓶?jī)?nèi)溶液的pH約為4,終點(diǎn)時(shí)溶液顏色變化是溶液由黃色變?yōu)槌壬,且半分鐘?nèi)不恢復(fù)為原來(lái)的顏色
(3)若酸式滴定管沒(méi)有用標(biāo)準(zhǔn)H2SO4溶液潤(rùn)洗,會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果有何影響偏高.(填“偏高”、“偏低”或“無(wú)影響”,其他操作均正確)
(4)該燒堿樣品的純度計(jì)算式是$\frac{80M({V}_{1}-{V}_{2})}{W}$%.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

18.氮、磷、砷是原子序數(shù)依次增大的第VA族元素,它們的化合物有著獨(dú)特的性質(zhì)和重要用途.
(1)基態(tài)砷原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3.氮、磷、砷的第一電離能順序?yàn)镹>P>As(填元素符號(hào)).
(2)已知N2O為直線形結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)式為N=N=O.則N2O是極性(填“極性”或“非極性”)分子.中間的氮原子的雜化軌道類型為sp雜化.
(3)已知下列數(shù)據(jù):
物質(zhì)熔點(diǎn)/K沸點(diǎn)/K分解溫度/K
NH3195.3239.71073
PH3139.2185.4713.2
NH3的熔、沸點(diǎn)均高于PH3的原因是氨分子之間能形成氫鍵;PH3的分解溫度高于其沸點(diǎn),其原因是PH3分解需要破壞P-H鍵,PH3氣化需要破壞分子間作用力,而化學(xué)鍵比分子間作用力強(qiáng)得多.
(4)根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論,氨分子中的鍵角<(填“>”、“<”或“=”)109°28′;PO43-離子的空間構(gòu)型為正四面體.
(5)磷化鋁的結(jié)構(gòu)與金剛石相似,其結(jié)構(gòu)單元如圖所示:

①經(jīng)過(guò)計(jì)算,該晶體的化學(xué)式是AlP.
②該晶體中是(填“是”或“否”)存在配位鍵.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

15.銅的冶煉大致可分為:
①富集,將硫化物礦進(jìn)行浮選;
②焙燒,主要反應(yīng)為2CuFeS2+4O2═Cu2S+3SO2+2FeO(爐渣);
③制粗銅,在1200℃發(fā)生的主要反應(yīng)為2Cu2S+3O2═2Cu2O+2SO2,2Cu2O+Cu2S═6Cu+SO2↑;
④電解精煉銅.
下列說(shuō)法不正確( 。
A.上述灼燒過(guò)程的尾氣回收后可用來(lái)制硫酸
B.上述過(guò)程中,由6molCuFeS2制取6molCu時(shí)共消耗15molO2
C.在反應(yīng)2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑中,氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量比1:6
D.在反應(yīng)2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑中,只有Cu2O作氧化劑

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

16.化學(xué)與人類社會(huì)生產(chǎn)、生活密切相關(guān),下列說(shuō)法正確的是( 。
A.誤食重金屬鹽引起人體中毒,可喝大量的食鹽水解毒
B.光纖通信使用的光纜主要成分是Si,太陽(yáng)能電池使用的材料主要是SiO2
C.陶瓷、磚瓦、玻璃、水泥等,都是硅酸鹽產(chǎn)品
D.鋼鐵制品和銅制品既能發(fā)生吸氧腐蝕又能發(fā)生析氫腐蝕

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同步練習(xí)冊(cè)答案