Question

3．镍具有优良的物理和化学特性，是许多领域尤其是高技术产业的重要原料．羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为：
①Ni（s）+4CO（g）$\stackrel{50℃}{?}$ Ni（CO）₄（g）△H＜0
②Ni（CO）₄（g）$\stackrel{230℃}{?}$Ni（s）+4CO（g）△H＞0
完成下列填空：
（1）在温度不变的情况下，要提高反应（1）中Ni（CO₄）的产率，可采取的措施有及时移走Ni（CO）₄、加压．
（2）已知在一定条件下的2L密闭容器中制备Ni（CO）₄，粗镍（纯度98.5%，所含杂质不与CO反应）剩余质量和反应时间的关系如图所示．Ni（CO）₄在0～10min的平均反应速率为0.05mol•L^-1min^-1．
（3）若反应（2）达到平衡后，保持其他条件不变，降低温度，重新达到平衡时bc．
a．平衡常数K增大   b．CO的浓度减小  c．Ni的质量减小    d．v_逆增大
（4）简述羰基法提纯粗镍的操作过程．先将粗镍和CO在50℃反应生成羰基镍，然后将羰基镍转移到另外一个中，升温至230℃热解得到纯镍
（5）储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料．如镧镍合金，它吸收氢气可结合成金属氢化物，其化学式可近似地表示为LaNi₅H₆ （LaNi₅H₆ 中各元素化合价均可看作是零），它跟NiO（OH）可组成镍氢可充电电池：LaNi₅H₆+6NiO（OH）$?_{充电}^{放电}$LaNi₅+6Ni（OH）₂ 该电池放电时，负极反应是LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O． 市面上出售的标称容量为2 000mA h（mA h表示毫安时）的1节镍氢电池至少应含有镧镍合金5.4g（结果保留两位有效数字，已知1mol电子的电量为96500库仑或安培•秒 Mr（LaNi₅）=434）．

Answer 1

分析 （1）反应Ni（S）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g）+Q是放热反应，反应前后气体体积减小，依据平衡移动原理分析；
（2）粗镍的纯度98.5%，1-10min内粗镍质量减少100g-41g═59g；镍的质量=59g×98.5%=58.115g依据化学方程式计算Ni（CO）₄的质量，计算物质的量得到变化浓度，根据化学反应速率概念计算得到；
（3）由反应①为放热反应可知反应②为吸热反应，因此反应②达到平衡后，降温，平衡逆向进行，反应平衡常数K变小、CO的浓度与Ni的质量均减小、因温度降低，v逆[Ni（CO）4]减小；
（4）利用信息可知，可采取在低温（50℃）时让粗镍和CO作用，使生成的Ni（CO）₄在230℃时分解即可得到纯镍；
（5）根据反应的总方程式可知阴极应为LaNi₅LaNi₅H₆被还原生成LaNi₅H₆；根据1mol电子转移时所通过的电量为1法拉第，1法拉第电量为96500库仑或安培秒，则2000mAh的1节镍氢电池则要转移$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol电子，再根据电极反应计算需要金属镍的质量．

解答 解：（1）反应①是气体体积减少的放热反应，因此在温度不变的情况下，采取增大体系压强、从反应体系中移走Ni（CO）₄（g）等措施均可使反应正向进行，提高Ni（CO）4的产率，
故答案为：及时移走Ni（CO）₄，加压； 
（2）随反应进行，粗镍减少的质量即为参加反应①消耗的镍的质量，粗镍的纯度98.5%，1-10min内粗镍质量减少100g-41g=59g；镍的质量=59g×98.5%=58.115g在0～10min，生成Ni的物质的量=$\frac{（100-41）×98.5%}{59}$=0.985mol，故在0～10min，v[Ni（CO）₄]=$\frac{\frac{0.985mol}{2L}}{10min}$=0.985mol/（2L×10min）=0.05mol/（L•min）；
故答案为：0.05mol/（L•min）；
（3）由反应①为放热反应可知反应②为吸热反应，因此反应②达到平衡后，降温，平衡逆向进行，反应平衡常数K变小、CO的浓度与Ni的质量均减小、因温度降低，v逆[Ni（CO）₄]减小；
a．温度降低平衡向放热反应方向进行，反应②是吸热反应，平衡逆向进行，平衡常数减小；
b．温度降低平衡向放热反应方向进行，反应②是吸热反应，平衡逆向进行一氧化碳浓度减小；
c．依据反应分析，温度降低反应①平衡正向进行，反应②逆向进行，镍质量减小；
d．平衡逆向进行，温度降低，v_逆[Ni（CO）₄]减小；
故答案为：bc；
（4）利用信息可知，可采取在低温（50℃）时让粗镍和CO作用，使生成的Ni（CO）₄在230℃时分解即可得到纯镍，在封闭的玻璃管一端放入粗镍，控制温度在50℃，通入CO气体，一点时间后在玻璃管的另一端加热至230℃，即可在该端获得纯净的镍，
故答案为：先将粗镍和CO在50℃反应生成羰基镍，然后将羰基镍转移到另外一个中，升温至230℃热解得到纯镍；
（5）放电时，负极失电子发生氧化反应，电极反应为：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O，因为1mol电子转移时所通过的电量为1法拉第，1法拉第电量为96500库仑或安培秒，则2000mA•h的1节镍氢电池则要转移$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol电子，又根据阴极反应LaNi₅+6e^-+6H₂O═LaNi₅H₆+6OH^-，所以1mol镧镍合金转移6mol电子，所以2000mAh的1节镍氢电池则要镧镍合金的质量为$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol×$\frac{1}{6}$×（139+59×5+6）g/mol=5.4g，故答案为：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O；5.4．

点评 本题考查了化学平衡的影响因素，题目难度不大，明确化学平衡及其影响因素为解答关键，试题侧重基础知识的考查，培养了学生的分析能力及灵活应用能力．