Question

13．碱式氧化镍（NiOOH）可用作镍氢电池的正极材料，可用废镍催化剂（主要含Ni、Al，少量Cr、FeS 等）来制备，其工艺流程如图：

回答下列问题：
（1）“浸泡除铝”时，发生反应的离子反应方程式为2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）“溶解”时放出的气体为H₂、H₂S （填化学式）；
（3）已知该条件下金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表：

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Ni2+	6.2	8.6
Fe2+	7.6	9.1
Fe3+	2.3	3.3
Cr3+	4.5	5.6

“调pH=1”时，溶液pH范围为5.6～6.2；
（4）在空气中加热Ni（OH）₂可得NiOOH，请写出此反应的化学方程式4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（5）金属铬在溶液中有多种存在形式，CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-在溶液中可相互转化．室温下，初始浓度为1.0mol/L的Na₂CrO₄溶液中c（Cr₂O₇^2-）随c（H⁺）的变化如图所示，用离子方程式表示Na₂CrO₄溶液中的转化反应2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，根据A点数据计算出该转化反应的平衡常数为10¹⁴，温度升高，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，则该反应的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 由流程可知，废镍催化剂（主要含Ni、Al，少量Cr、FeS等）加氢氧化钠碱浸，Al溶解：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，过滤得到固体含有Ni、Cr、FeS，加入稀硫酸酸浸溶解，溶液含有Ni²⁺、Fe²⁺、Cr²⁺，加入NaClO氧化亚铁离子为铁离子，加入Ni（OH）₂调节溶液PH使Fe³⁺和Cr²⁺全部沉淀，镍离子不沉淀，过滤后调节溶液PH得到Ni（OH）₂沉淀，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到NiSO₄•7H₂O晶体，在加热条件下与空气反应得到碱式氧化镍（NiOOH），以此解答（1）～（4）；
（5）图象分析可知随氢离子浓度增大，铬酸根离子转化为重铬酸根离子；A点c（Cr₂O₇^2-）=0.25mol/L，c（H⁺）=10^-7mol/L，c（CrO₄^2-）=0.5mol/L，依据平衡常数概念计算，K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（{H}^{+}）{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$；
溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向进行，CrO₄^2-的平衡转化率增大；A点Cr₂O₇^2-的浓度为0.25mol/L，则消耗的CrO₄^2-的浓度为0.5mol/L，则溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺浓度为1×10^-7mol/L，计算反应的平衡常数；
升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，平衡逆向移动．

解答 解：（1）“浸泡除铝”时，发生反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）“溶解”时为Ni、Cr、FeS与稀硫酸反应，Ni+H₂SO₄═NiSO₄+H₂↑、Cr+H₂SO₄═CrSO₄+H₂↑、FeS+H₂SO₄═NiSO₄+H₂S↑；
故答案为：H₂、H₂S；
（3）加入Ni（OH）₂调节溶液PH使Fe³⁺和Cr²⁺全部沉淀，镍离子不沉淀，故pH范围为5.6～6.2；
故答案为：5.6～6.2；
（4）在加热条件下Ni（OH）₂与空气反应得到碱式氧化镍（NiOOH），化学方程式为：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
故答案为：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（5）随着H⁺浓度的增大，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-的离子反应式为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向进行，CrO₄^2-的平衡转化率增大；A点Cr₂O₇^2-的浓度为0.25mol/L，则消耗的CrO₄^2-的浓度为0.5mol/L，则溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺浓度为1×10^-7mol/L，此时该转化反应的平衡常数为 K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（{H}^{+}）{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{0.25}{0．{5}^{2}×（1{0}^{-7}）^{2}}$=1.0×10¹⁴，
升高温度，溶液中CrO₄^2-的平衡转化率减小，平衡逆向移动，说明正方向放热，则该反应的△H＜0，
故答案为：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；10¹⁴；＜．

点评 本题考查了物质分离方法和实验过程分析判断，为高考常见题型，侧重离子方程式的书写和氧化还原反应的计算应用，注意流程的理解以及平衡常数的理解应用，题目有利于培养学生的实验能力和计算能力，难度中等．