Question

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K_sp及開(kāi)始沉淀和完全沉淀時(shí)的理論pH如表所示：

M（OH）n	Ksp	pH
		開(kāi)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(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．

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(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．