Question

金屬氫化物-鎳（MH-Ni）電池由于其高能、安全、無污染、無記憶效應、價格適宜，已成為目前最具發展前景的“綠色能源”電池之一，電池總反應為MH+NiOOH 

放電

充電

M+Ni（OH）₂，M為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的儲氫合金．電解質溶液為濃KOH溶液．
（1）寫出放電時的負極反應

 

（2）充電時，陽極的電極反應為

 

鎳氫電池正極材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成．某興趣小組對該電池電極材料進行資源回收研究，設計實驗流程如下：
已知：①NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺

②某溫度下一些金屬氫氧化物的K_sp及沉淀析出的理論pH如下表所示：

M（OH）x	Ksp	pH
		開始沉淀	沉淀完全
Al（OH）3	1.9×10-23	3.43	4.19
Fe（OH）3	3.8×10-38	2.53	2.94
Ni（OH）2	1.6×10-14	7.60	9.75

回答下列問題：
（3）根據上表數據判斷步驟②先析出的沉淀Ⅱ為

 

，后析出的沉淀為Ⅲ為

 

（填化學式），則pH₁

 

 pH₂（填填“＞”、“=”或“＜”），
（4）已知溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O，則③的化學方程式是

 

．
（5）④中陽極的電極反應為

 

，驗證陽極產物的試劑為

 

．
（6）試寫出⑥的離子方程式

 

．

Answer 1

考點：原電池和電解池的工作原理,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題,電化學專題

分析：（1）放電時，負極上失電子發生氧化反應；
（2）充電時Ni（OH）₂在陽極上失電子發生氧化反應；
（3）廢舊鎳電池電極材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的，根據流程圖，加入鹽酸，其中碳粉不反應得到殘渣．得到溶液A的推斷，利用題中給的信息，NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺，推知A中含有被鹽酸溶解生成的Ni²⁺、Fe³⁺、AI³⁺三種離子；
由題給條件，根據PH可以確定開始析出沉淀和全部沉淀的PH范圍，先析出沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀PH范圍是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，沉淀PH的范圍3.43～4.19，所以PH₁＜PH₂；
（4）流程中得到的B溶液中主要是Ni²⁺，加入Na₂C₂O₄溶液，生成了沉淀Ⅰ和D，已知溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O，所以生成的沉淀Ⅰ為NiC₂O₄?2H₂O；
（5）由流程圖和以上分析可知，D溶液主要是氯化鈉溶液，電解氯化鈉溶液在陽極得到氯氣，氯氣具有氧化性，驗證氯氣的試劑應是淀粉碘化鉀溶液，遇氯氣變藍；
（6）在B溶液中加入Na₂C₂O₄溶液生成了沉淀ⅠNiC₂O₄.2H₂O，沉淀中加入氫氧化鈉溶液，根據Ni（OH）₂開始沉淀到全部沉淀的PH范圍為7.60～9.75，加入過量氫氧化鈉溶液能使沉淀NiC₂O₄.2H₂O轉化為Ni（OH）₂，所以C為沉淀Ni（OH）₂；根據流程圖中的轉化關系，Ni（OH）₂和氯氣能生成Ni（OH）₃，結合原子守恒寫成離子方程式．

解答： 解：（1）放電時是原電池、充電時是電解池，蓄電池放電時，負極上MH失電子發生氧化反應，電極反應式為MH+OH^--e^-═M+H₂O，
故答案為：MH+OH^--e^-═M+H₂O；
（2）充電時Ni（OH）₂在陽極上失電子發生氧化反應，其陽極的電極反應式為Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O；
故答案為：Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O；
（3）根據金屬氫氧化物的K_ap及沉淀析出的理論pH，結合流程圖可知，先沉淀的是三價鐵離子，隨后沉淀的是三價鋁離子，則先析出沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀PH范圍是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，沉淀PH的范圍3.43～4.19，所以PH₁＜PH₂；，
故答案為：Fe（OH）₃；Al（OH）₃；＜；
（4）由溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O和流程中的變化可知沉淀為溶解度小的NiC₂O₄?2H₂O，所以根據轉化關系寫出化學方程式：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl，
故答案為：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl；
（5）由流程圖和以上分析可知，D溶液主要是氯化鈉溶液，電解氯化鈉溶液在陽極得到氯氣，則陽極反應式為：2Cl^-2e^-=Cl₂↑；氯氣具有氧化性，驗證氯氣的試劑應是淀粉碘化鉀溶液，遇氯氣變藍，
故答案：2Cl^-2e^-=Cl₂↑；淀粉碘化鉀溶液；
（6）根據轉化關系和Ni²⁺沉淀的PH推知，加入氫氧化鈉的主要目的是把NiC₂O₄.2H₂O沉淀轉化為Ni（OH）₂沉淀，為了使沉淀完全轉化，加入的氫氧化鈉溶液應過量，根據鎳元素化合價變化，結合氧化還原反應的規律寫出離子方程2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-，
故答案：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-．

點評：本題考查了原電池和電解池原理的應用、金屬回收的基本方法、難溶電解質的溶解與沉淀應用、沉淀轉化的條件，鋁、鐵、鎳元素化合物的化學性質，離子的沉淀PH范圍，物質的分離、提純的方法，實驗基本操作等，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生對知識的綜合應用能力，題目難度較大．