Question

9．蓄電池是一種可以反復充電、放電的裝置．有一種蓄電池在充電和放電時發生的反應是：
NiO₂+Fe+2H₂O=Fe（OH）₂+Ni（OH）₂
（1）金屬鎳在元素周期表中的位置是第四周期第Ⅷ族．
（2）此蓄電池放電時，該電池發生氧化反應的物質是B（城序號）．
A．NiO₂         B．Fe        C．Fe（OH）₂ D．Ni（OH）₂
（3）此蓄留電池充電時，陽極的電極反應式是Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O．
（4）用該蓄電池電解含有0.2molNaCl的混合溶液100mL，假如電路中轉移了0.1mo電子，且電解池的電極均為惰性電極．陽極產生的氣體在標準狀況下的體積是1.12L；將電解后的溶液加水稀釋至1L，此時溶液的pH=13．
（5）該電池電極材料對環境有危害．在對電池進行回收處理過程中遇到以下問題：己知：常溫下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⁺，當逐滴加入NaOH溶液（忽略溶液體積改變），
①先沉淀的離子是Fe³⁺．
②要想使Fe³⁺沉淀完全，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH需控制的范圍是3＜pH＜7．

Answer 1

分析 （1）Ni是28號元素，根據能量最低原則、泡利不相容原理和洪特規則，寫出其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁴3s²3p⁴3d⁸4s²，據此判斷其所在位置；
（2）依據電池反應分析，充電為電解池，放電為原電池；放電過程中原電池的負極上失電子發生氧化反應，正極上發生還原反應；
（3）放電時正極發生還原反應，正極反應式為：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，充電時該電極發生氧化反應，是該電極反應的逆反應；
（4）電解NaCl溶液，且電解池的電極均為惰性電極，陰極生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，根據電子守恒計算；
（5）①逐滴加入NaOH溶液，剛開始沉淀時需要的c（OH^-）越小越先沉淀，根據溶度積常數計算；
②根據溶度積常數計算．

解答 解：（1）Ni是28號元素，其核外電子排布式為：1s²2s²2p⁴3s²3p⁴3d⁸4s²，位于元素周期表第10列，其在元素周期表位置為：第四周期第Ⅷ族；
故答案為：第四周期第Ⅷ族；
（2）根據原電池在放電時，負極發生氧化反應，正極發生還原反應，再根據元素化合價變化，可判斷該電池負極發生反應的物質為Fe被氧化發生氧化反應，正極為NiO₂，被還原發生還原反應，此電池為堿性電池，在書寫電極反應和總電池反應方程式時不能出現H⁺，故放電時的電極反應是：負極：Fe-2e^-+2OH^-=Fe（OH）₂，正極：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，所以該電池發生氧化反應的物質是Fe；
故答案為：A；
（3）放電時正極發生還原反應，正極反應式為：NiO₂+2e^-+2H₂O=Ni（OH）₂+2OH^-，充電時該電極發生氧化反應，是該電極反應的逆反應，電極反應式為：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O，
故答案為：Ni（OH）₂+2OH^--2e^-=NiO₂+2H₂O；
（4）電解NaCl溶液，且電解池的電極均為惰性電極，陰極生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極生成氯氣，電極方程式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電路中轉移了0.1mol e^-，可知生成0.05molCl₂，體積為0.05mol×22.4L/mol=1.12L，電解后c（OH^-）=$\frac{0.1mol}{1L}$=0.1mol/L，則c（H⁺）=1×10^-13，溶液的pH=13，
故答案為：1.12L；13；
（5）①逐滴加入NaOH溶液，剛開始沉淀時需要的c（OH^-）越小越先沉淀，根據溶度積常數，Fe³⁺開始沉淀時需要的c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-38}}{0.1}}$=$\root{3}{0.1}$×10^-12mol/L，Ni²⁺開始沉淀時需要的c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-15}}{0.1}}$=10^-7mol/L，Fe³⁺開始沉淀時需要的c（OH^-）比Ni²⁺開始沉淀時需要的c（OH^-）小，則Fe³⁺先沉淀，
故答案為：Fe³⁺；
②，Fe³⁺沉淀完全c（Fe³⁺）約為10^-5mol/L，則Fe³⁺沉淀完全c（OH^-）應大于$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$=1×10^-11mol/L，c（H⁺）=1×10^-3mol/L，溶液的pH＞3，Ni²⁺開始沉淀時需要的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還必須小于7，則要想使Fe³⁺沉淀完全，Ni²⁺不沉淀，溶液的pH需控制的范圍是3＜pH＜7，
故答案為：3＜pH＜7．

點評 本題以蓄電池為載體考查了化學電源新型電池、原電池的工作原理、溶度積常數的計算，注意把握判斷該電池的正負極及電極反應式．要學會從教材中找出知識點原型進行知識遷移、解決問題的方法，題目難度中等．