Question

9．蓄电池是一种可以反复充电、放电的装置．有一种蓄电池在充电和放电时发生的反应是：
NiO₂+Fe+2H₂O=Fe（OH）₂+Ni（OH）₂
（1）金属镍在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族．
（2）此蓄电池放电时，该电池发生氧化反应的物质是B（城序号）．
A．NiO₂         B．Fe        C．Fe（OH）₂ D．Ni（OH）₂
（3）此蓄留电池充电时，阳极的电极反应式是Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O．
（4）用该蓄电池电解含有0.2molNaCl的混合溶液100mL，假如电路中转移了0.1mo电子，且电解池的电极均为惰性电极．阳极产生的气体在标准状况下的体积是1.12L；将电解后的溶液加水稀释至1L，此时溶液的pH=13．
（5）该电池电极材料对环境有危害．在对电池进行回收处理过程中遇到以下问题：己知：常温下K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，K_sp[Ni（OH）₂]=1.0×10^-15．某溶液中含有0.1mol/L的Ni²⁺和0.1mol/LFe³⁺，当逐滴加入NaOH溶液（忽略溶液体积改变），
①先沉淀的离子是Fe³⁺．
②要想使Fe³⁺沉淀完全，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH需控制的范围是3＜pH＜7．

Answer 1

分析 （1）Ni是28号元素，根据能量最低原则、泡利不相容原理和洪特规则，写出其核外电子排布式为：1s²2s²2p⁴3s²3p⁴3d⁸4s²，据此判断其所在位置；
（2）依据电池反应分析，充电为电解池，放电为原电池；放电过程中原电池的负极上失电子发生氧化反应，正极上发生还原反应；
（3）放电时正极发生还原反应，正极反应式为：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，充电时该电极发生氧化反应，是该电极反应的逆反应；
（4）电解NaCl溶液，且电解池的电极均为惰性电极，阴极生成氢气，电极方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极生成氯气，电极方程式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根据电子守恒计算；
（5）①逐滴加入NaOH溶液，刚开始沉淀时需要的c（OH^-）越小越先沉淀，根据溶度积常数计算；
②根据溶度积常数计算．

解答 解：（1）Ni是28号元素，其核外电子排布式为：1s²2s²2p⁴3s²3p⁴3d⁸4s²，位于元素周期表第10列，其在元素周期表位置为：第四周期第Ⅷ族；
故答案为：第四周期第Ⅷ族；
（2）根据原电池在放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再根据元素化合价变化，可判断该电池负极发生反应的物质为Fe被氧化发生氧化反应，正极为NiO₂，被还原发生还原反应，此电池为碱性电池，在书写电极反应和总电池反应方程式时不能出现H⁺，故放电时的电极反应是：负极：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正极：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，所以该电池发生氧化反应的物质是Fe；
故答案为：A；
（3）放电时正极发生还原反应，正极反应式为：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，充电时该电极发生氧化反应，是该电极反应的逆反应，电极反应式为：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O，
故答案为：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O；
（4）电解NaCl溶液，且电解池的电极均为惰性电极，阴极生成氢气，电极方程式为2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极生成氯气，电极方程式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电路中转移了0.1mol e^-，可知生成0.05molCl₂，体积为0.05mol×22.4L/mol=1.12L，电解后c（OH^-）=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，则c（H⁺）=1×10^-13，溶液的pH=13，
故答案为：1.12L；13；
（5）①逐滴加入NaOH溶液，刚开始沉淀时需要的c（OH^-）越小越先沉淀，根据溶度积常数，Fe³⁺开始沉淀时需要的c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-38}}{0.1}}$=$\root{3}{0.1}$×10^-12mol/L，Ni²⁺开始沉淀时需要的c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-15}}{0.1}}$=10^-7mol/L，Fe³⁺开始沉淀时需要的c（OH^-）比Ni²⁺开始沉淀时需要的c（OH^-）小，则Fe³⁺先沉淀，
故答案为：Fe³⁺；
②，Fe³⁺沉淀完全c（Fe³⁺）约为10^-5mol/L，则Fe³⁺沉淀完全c（OH^-）应大于$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$=1×10^-11mol/L，c（H⁺）=1×10^-3mol/L，溶液的pH＞3，Ni²⁺开始沉淀时需要的c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-15}}{0.1}}$=10^-7mol/L，c（H⁺）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-7}}$=10^-7mol/L，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH还必须小于7，则要想使Fe³⁺沉淀完全，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH需控制的范围是3＜pH＜7，
故答案为：3＜pH＜7．

点评 本题以蓄电池为载体考查了化学电源新型电池、原电池的工作原理、溶度积常数的计算，注意把握判断该电池的正负极及电极反应式．要学会从教材中找出知识点原型进行知识迁移、解决问题的方法，题目难度中等．