镍电池广泛应用于混合动力汽车系统.电极材料由NiO2.Fe和碳粉涂在铝箔上制成．放电过程中产生Ni(OH)2和Fe(OH)2.Fe(OH)2最终氧化.脱水生成氧化铁．由于电池使用后电极材料对环境有危害.某学习小组对该电池电极材料进行回收研究．已知:①NiCl2易溶于水.Fe3+不能氧化Ni2+．②某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及开始沉淀和完全� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

6．镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由NiO₂、Fe和碳粉涂在铝箔上制成．放电过程中产生Ni（OH）₂和Fe（OH）₂，Fe（OH）₂最终氧化、脱水生成氧化铁．由于电池使用后电极材料对环境有危害，某学习小组对该电池电极材料进行回收研究．
已知：①NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺．
②某温度下一些金属氢氧化物的K_sp及开始沉淀和完全沉淀时的理论pH如表所示：

M（OH）_n	K_sp	pH
M（OH）_n	K_sp	开始沉淀	沉淀完全
Al（OH）₃	2.0×10^-32	3.8	-
Fe（OH）₃	4.0×10^-38	1.9	3.2
Fe（OH）₂	8.0×10^-15	6.95	9.95
Ni（OH）₂	6.5×10^-18	5.9	8.9

回答下列问题：
（1）该电池的负极材料是Fe正极反应式为NiO₂+2H₂O+2e^-=Ni（OH）₂+2OH^-；
（2）若电池输出电压为3V，给2W灯泡供电，当电池消耗0.02gFe，理论上电池工作1.72min（小数点后保留2位），（已知F=96500C/mol）
（3）将电池电极材料用盐酸溶解后加入适量双氧水，其目的是将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，过滤，在滤液中个慢慢加入NiO固体，则开始析出沉淀时的离子方程式是NiO+2H⁺=Ni²⁺+H₂O和Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺．若将两种杂质阳离子都沉淀析出，pH应控制在5.1～5.9之间（离子浓度小于或等于1×10^-5mol/L为完全沉淀，lg2=0.3、lg3=0.5）；设计将析出的沉淀混合物中的两种物质分离开来的实验方案将混合物加入NaOH溶液中充分溶解，过滤、洗涤，滤渣为Fe（OH）₃，将滤液通入足量CO₂，过滤、洗涤，得沉淀物Al（OH）₃
（4）将加入NiO过滤后的溶液加入Na₂C₂O₄，得到NiC₂O₄•2H₂O和滤液A，A的主要成分是NaCl溶液；电解滤液A，在阴极产生气体BH₂（填分子式）；在阳极产生气体CCl₂（填分子式）．将NiC₂O₄•2H₂O加入到电解后的溶液，再通入电解时某电解产生的气体，即可得到回收产品Ni（OH）₃，所通入气体为C（填“B”、“C”）极气体，判断依据是要实现Ni（OH）₂→Ni（OH）₃，镍元素化合价升高，需要加入氧化剂，则通入的气体应为阳极产生的Cl₂．

分析（1）电极材料由NiO₂、Fe和碳粉涂在铝箔上制成，放电过程中产生Ni（OH）₂和Fe（OH）₂，铁做负极，NiO₂做正极发生还原反应生成Ni（OH）₂，结合电荷守恒和原子守恒配平书写电极反应；
（2）依据I=$\frac{P}{U}$，Q=tI，电池工作时铁失电子发生氧化反应生成+2价铁，结合电子守恒计算；
（3）废电池电极材料加入盐酸溶解，得到氯化镍、氯化亚铁、氯化铝，加入适量双氧水的目的是将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入NiO的目的是调节溶液PH值，先后沉淀铁离子和铝离子，加入NiO固体，则开始析出沉淀时的离子方程式是：NiO+2H⁺=Ni²⁺+H₂O，Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺，铝离子后沉淀，当铝离子浓度小于或等于1×10^-5mol/L为完全沉淀，Al（OH）₃的K_sp=2.0×10^-32，则此时c³（OH^-）=$\frac{{K}_{sp}}{c（A{l}^{3+}）}$=$\frac{2.0×1{0}^{-32}}{1×1{0}^{-5}}$，c（OH^-）=$\root{3}{2}$×10^-9mol/L，c（H⁺）=$\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{\root{3}{2}×1{0}^{-9}}$，PH=-lg（H⁺）=5.1，当PH=5.9时，镍离子开始沉淀，则PH控制在5.1～5.9时，铁离子和铝离子都沉淀析出，过滤得到Fe（OH）₃，Al（OH）₃，氢氧化铝是两性氢氧化物，把氢氧化铁和氢氧化铝溶于过量氢氧化钠溶液中过滤得到滤渣为氢氧化铁沉淀，滤液为偏铝酸钠溶液，再通入过量二氧化碳沉淀出氢氧化铝；
（4）滤液A为氯化钠溶液，电解时阴极得到氢气，阳极得到氯气；通入的气体为Cl₂，氯气、氢氧化钠溶液和NiC₂O₄•H₂O反应生成Ni（OH）₃．

解答解：（1）电极材料由NiO₂、Fe和碳粉涂在铝箔上制成，放电过程中产生Ni（OH）₂和Fe（OH）₂，铁做负极，NiO₂做正极发生还原反应生成Ni（OH）₂，结合电荷守恒和原子守恒配平书写电极反应为：NiO₂+2H₂O+2e^-=Ni（OH）₂+2OH^-，
故答案为：Fe；NiO₂+2H₂O+2e^-=Ni（OH）₂+2OH^-；
（2）电池输出电压为3V，给2W灯泡供电，电流I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2}{3}$A，消耗0.02gFe，铁失电生成+2价铁，电子转移总物质的量=$\frac{0.02g}{56g/mol}$×2=0.000714mol，
理论电池工作时间t=$\frac{Q}{I}$=$\frac{0.000714mol×96500C/mol}{\frac{2}{3}A}$=103.3515s≈1.72min，
故答案为：1.72；
（3）方案中加入适量双氧水的目的是将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入NiO的目的是调节溶液PH值，先后沉淀铁离子和铝离子，加入NiO固体，则开始析出沉淀时的离子方程式是：NiO+2H⁺=Ni²⁺+H₂O，Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺，铝离子后沉淀，当铝离子浓度小于或等于1×10^-5mol/L为完全沉淀，Al（OH）₃的K_sp=2.0×10^-32，则此时c（OH^-）³=$\frac{{K}_{sp}}{c（A{l}^{3+}）}$=$\frac{2.0×1{0}^{-32}}{1×1{0}^{-5}}$，c（OH^-）=$\root{3}{2}$×10^-9mol/L，c（H⁺）=$\frac{{K}_{w}}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{1×1{0}^{-14}}{\root{3}{2}×1{0}^{-9}}$，PH=-lg（H⁺）=5.1，当PH=5.9时，镍离子开始沉淀，则PH控制在5.1～5.9时，铁离子和铝离子都沉淀析出，过滤得到Fe（OH）₃，Al（OH）₃，氢氧化铝是两性氢氧化物，把氢氧化铁和氢氧化铝溶于过量氢氧化钠溶液中过滤得到氢氧化铁沉淀，滤液为偏铝酸钠溶液，再通入过量二氧化碳沉淀出氢氧化铝，具体步骤为：将混合物加入NaOH溶液中充分溶解，过滤、洗涤，滤渣为Fe（OH）₃，将滤液通入足量CO₂，过滤、洗涤，得沉淀物Al（OH）₃，
故答案为：将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺；NiO+2H⁺=Ni²⁺+H₂O；Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃↓+3H⁺；5.1～5.9之间；将混合物加入NaOH溶液中充分溶解，过滤、洗涤，滤渣为Fe（OH）₃，将滤液通入足量CO₂，过滤、洗涤，得沉淀物Al（OH）₃；
（4）滤液A为氯化钠溶液，电解时阴极得到氢气，阳极得到氯气；要实现Ni（OH）₂→Ni（OH）₃，镍元素化合价升高，需要加入氧化剂，则通入的气体应为阳极产生的C即Cl₂，故答案为：NaCl溶液；H₂；Cl₂；C；要实现Ni（OH）₂→Ni（OH）₃，镍元素化合价升高，需要加入氧化剂，则通入的气体应为阳极产生的Cl₂．

点评本题考查了物质分离提纯实验过程分析判断，涉及原电池原理的理解应用和电极反应书写、电子守恒的计算、难溶电解质的计算、电解综合运用，综合性强，计算量大，有一定难度．

练习册系列答案

相关题目

7．

青蒿素是从植物黄花蒿茎叶中提取的有过氧基团的倍半萜内酯药物．其结构简式如图所示，则下列关于青蒿素的叙述正确的是（　　）

	A．	青蒿素易溶于水，难溶于乙醇和丙酮等溶剂
	B．	青蒿素的分子式为：C₁₅H₂₀O₅
	C．	青蒿素因其具有“-O-O-”，所以具有一定的氧化性
	D．	青蒿素可以与NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃发生反应

8．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在另一边镀二氧化锰．在纸内是离子“流过”水和氧化锌组成的电解液．电池的总反应为Zn+2MnO₂+H₂O=ZnO+2MnO（OH）．下列说法正确的是（　　）

	A．	该电池的正极为锌
	B．	该电池的反应中二氧化锰起催化作用
	C．	当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数约为1.204×10²³
	D．	电池的正极反应式为：2MnO₂+2H₂O+2e=2MnO（OH）+2OH

5．某同学设计如图所示实验方案，以分离KCl和BaCl₂两种固体混合物．试回答下列问题：

（1）B物质的化学式为BaCl₂．
（2）该方案的明显失误是因某一步设计不当而使分离产物不纯，该步骤是⑥（填序号），如何改进应先在⑥步操作前的滤液中加足量盐酸后，蒸发结晶．
（3）写出②、④两步反应中对应的化学方程式：
②K₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2KCl
④BaCO₃↓+2HCl=BaCl₂+CO₂↑+H₂O．

1．下列操作中，完全正确的一组是（　　）
①用试管夹夹持试管时，试管夹从试管底部往上套，夹在试管的中上部
②给盛有液体的体积超过$\frac{1}{3}$容积的试管加热
③把鼻孔靠近容器口去闻气体的气味
④将试管平放，用纸槽往试管里送入固体粉末后，然后竖立试管
⑤取用放在细口瓶中的液体时，取下瓶塞倒放在桌面上，倾倒液体时，瓶上的标签对着地面
⑥将烧瓶放在桌上，用力塞紧塞子
⑦用坩埚钳夹取加热后的蒸发皿
⑧将滴管垂直伸进试管内滴加液体
⑨稀释浓硫酸时，把水迅速倒入盛有浓硫酸的量筒中
⑩检验装置的气密性时，把导管的一端浸入水中，用手捂住容器的外壁或用酒精灯微热．

11．某有机物（X）的分子结构模型如图所示（分子中只有C、H、O三种原子），请回答下列问题．

（1）观察题图的分子结构模型，写出X分子中包含的官能团的名称：羧基、碳碳双键和羟基．
（2）下列对有机物X的性质的说法正确的是①②．
①能使酸性高锰酸钾溶液褪色
②能使溴水褪色
③1 mol X与足量的金属钠反应能放出标准状况下的氢气22.4L．
（3）写出X在一定条件下发生消去反应生成

的化学方程式：

．
（4）1mol有机物X完全燃烧需消耗氧气7mol．

18．（1）图中为常见仪器的部分结构（有的仪器被放大）
图A中液面所示溶液的体积为28.0mL，用上述四种仪器中的某种测量一液体的体积，平视时读数为AmL，仰视时读数为B mL，若B＞A，则所使用的仪器是C（填字母标号）．

（2）有一支50mL酸式滴定管，其中盛有溶液，液面恰好在10.00mL刻度处．把滴定管中的溶液全部排出，承接在量筒中，量筒内溶液的体积A．
A、大于40.00ml B、为40.00ml C、小于40.00ml D、为10.00ml
（3）下列有关实验操作或结果的说法中正确的是CE（填字母）
A．滴定时，眼睛应始终注视滴定管内液面的变化
B．用碱式滴定管量取0.10mol•L^-1的KMnO₄溶液15.10mL
C．酸碱中和滴定之前，锥形瓶用蒸馏水洗净即可，不能用待测液润洗
D．用pH试纸测量某溶液的pH时要先将试纸润湿
E．滴定管经蒸馏水洗净后，直接注入标准液，将使测得的待测液浓度偏高
（4）某同学用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度，其操作步骤如下：
①称取25.0g烧碱样品，配成1L溶液；
②用碱式滴定管（填仪器名称）量取10.00mL配制好的溶液于锥形瓶中，向其中滴加入几滴酚酞，用0.20mol•L^-1的标准盐酸滴定（杂质不与盐酸反应），当出现溶液由红色变为无色，30s不恢复红色现象时说明达到滴定终点．滴定过程所得数据如下表：

滴定序号	待测液体积/mL	所消耗盐酸标准液的体积/mL
滴定序号	待测液体积/mL	滴定前	滴定后	消耗的体积
1	V	0.50	25.52	25.02
2	V	0.40	24.40	24.00
3	V	1.00	25.98	24.98