题目内容
【题目】废旧电池若不进行回收利用,将对水体产生严重污染。某兴趣小组对废旧镍电池正极材料[由Ni(OH)2、碳粉、Fe2O3等涂覆在铝箔上制成]进行回收研究,设计实验流程如下图所示:
已知:①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+,Cl2能氧化Ni2+为Ni3+;
②NiO+2HCl=NiCl2+H2O;
③Fe3+、Al3+、Ni3+以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示:
离子 | Fe3+ | Al3+ | Ni2+ |
开始沉淀时的pH | 1.5 | 3.5 | 7.0 |
完全沉淀时的pH | 3.2 | 4.8 | 9.0 |
④Ksp[Ni(OH)2]=5.0×10-16,Ksp(NiC2O4)=4.0×10-10。
请回答下列问题:
(1)酸溶后所留残渣的主要成份__________(填物质名称)。
(2)步骤X的操作为用NiO调节溶液pH,首先析出的沉淀Ⅰ是__________(填化学式),调节过程中pH不能低于___________。
(3)已知溶解度:NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O,则加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是__________。
(4)写出生成沉淀Ⅲ的离子方程式__________,该反应的平衡常数为__________。
(5)用化学反应方程式表示沉淀Ⅲ转化为Ni(OH)3________________________。
(6)过滤③后如何检验Ni(OH)3已洗涤干净____________________________。
【答案】 碳粉 Fe(OH)3 4.8 NiC2O4·2H2O NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-(2分)(或NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O) 8.0×105 Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl 取少量最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若不产生白色沉淀,证明沉淀已洗涤干净
【解析】(1)制成镍电池电极的材料、碳粉、氧化铁、铝箔中,不溶于盐酸的只有碳粉,故酸溶后的残渣为碳粉;正确答案:碳粉。
(2)废旧电池酸溶后的溶液中不断加入,会使溶液中的盐酸含量降低,溶液不断增大。由上表可得,完全沉淀的为2.94,开始沉淀的为3.43,且的最小,故最先产生的是沉淀,其次是沉淀。要保证铁离子、铝离子沉淀完全,根据图表信息可知,溶液的pH不能低于4.8;正确答案:Fe(OH)3 ;4.8。
(3)已知溶解度:NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O,则加入Na2C2O4溶液后析出的沉淀是NiC2O4·2H2O;正确答案:NiC2O4·2H2O。
(4)②过滤得到晶体NiC2O4·2H2O,在碱性环境下发生复分解反应,生成Ni(OH)2,生成沉淀Ⅲ的离子方程式NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O;或NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-;
该反应的平衡常数为c(C2O42-)/c2(OH-)= c(C2O42-)×c(Ni 2+)/ c2(OH-)×c(Ni 2+)=Ksp(NiC2O4)/ Ksp[Ni(OH)2]= 4.0×10-10/5.0×10-16=8.0×105;正确答案:NiC2O4+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-(或NiC2O4·2H2O+2OH-=Ni(OH)2+C2O42-+2H2O) ; 8.0×105 。
(5)滤液①为与的混合液,电解该混合液时,阳极发生反应;氯气在碱性环境下氧化Ni(OH)2生成Ni(OH)3,化学反应方程式为:Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl ;正确答案:Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl。
(6)该反应Cl2+2Ni(OH)2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaCl发生后,得到Ni(OH)3沉淀和氯化钠溶液,检验Ni(OH)3已洗涤干净的方法就是要检验氯离子是否存在;正确答案:取少量最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若不产生白色沉淀,证明沉淀已洗涤干净。