Question

12．镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni（OH）₂、炭粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成．为实现资源的回收利用并有效防止环境污染，设计如下工艺流程：

已知：①NiCl₂易溶水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺
②该温度下一些难溶物的Ksp及沉淀析出的理论pH如表所示：

	Ksp	开始沉淀pH	沉淀完全pH
Al（OH）3	1.9×10-33	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
NiC2O4	4.0×10-10	--	--

回答下列问题：
（1）该工艺流程中多次重复利用的一种实验基本操作是过滤．
（2）酸溶所留残渣的主要成分为炭粉（填物质名称）
（3）根据上表数据判断，用NiO调节溶液的pH，依次析出是沉淀Fe（OH）₃和沉淀Al（OH）₃（填化学式），
控制两种沉淀析出可利用C．
A．pH试纸         B．石蕊指示剂           C．pH计
（4）已知实验温度时的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，则加入Na₂C₂O₄溶液发生的化学反应方程式是NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O═NiC₂O₄•2H₂O↓+2NaCl．
（5）氧化步骤的离子反应方程式2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-．
（6）FeCl₃和AlCl₃的混合溶液中加入NaOH溶液，若Fe（OH）₃和Al（OH）₃同时存在，则$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（A{l}^{3+}）}$=2.0×10^-5．

Answer 1

分析 废旧镍电池电极材料由Ni（OH）₂、炭粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成的，加入盐酸，其中碳粉不反应，过滤得到残渣为炭粉，结合信息①可知，滤液中含有NiCl₂、AlCl₃、FeCl₃及未反应的HCl，加入NiO调节溶液pH，使溶液中Al³⁺、Fe³⁺转化为Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液中加入Na₂C₂O₄溶液，由（4）中NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，所以生成的沉淀为NiC₂O₄•2H₂O，沉淀中加入NaOH溶液，由溶度积可知转化为Ni（OH）₂．过滤分离得到Ni（OH）₂．过滤①的滤液主要是氯化钠溶液，电解氯化钠溶液得到氢氧化钠、氯气与氢气，沉淀Ⅲ可被电解所得产物之一氧化，氧化产物洗涤得到Ni（OH）₃，应是Ni（OH）₂被氯气氧化．
（6）若Fe（OH）₃和Al（OH）₃同时存在，由溶度积表达式可知$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（A{l}^{3+}）}$=$\frac{Ksp[Fe（O{H）}_{3}]}{Ksp[Al（OH）_{3}]}$．

解答 解：废旧镍电池电极材料由Ni（OH）₂、炭粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成的，加入盐酸，其中碳粉不反应，过滤得到残渣为炭粉，结合信息①可知，滤液中含有NiCl₂、AlCl₃、FeCl₃及未反应的HCl，加入NiO调节溶液pH，使溶液中Al³⁺、Fe³⁺转化为Al（OH）₃、Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液中加入Na₂C₂O₄溶液，由（4）中NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，所以生成的沉淀为NiC₂O₄•2H₂O，沉淀中加入NaOH溶液，由溶度积可知转化为Ni（OH）₂，过滤分离得到Ni（OH）₂．过滤①的滤液主要是氯化钠溶液，电解氯化钠溶液得到氢氧化钠、氯气与氢气，沉淀Ⅲ可被电解所得产物之一氧化，氧化产物洗涤得到Ni（OH）₃，应是Ni（OH）₂被氯气氧化．
（1）由上述分析可知，该工艺流程中多次重复利用的一种实验基本操作是：过滤，
故答案为：过滤；
（2）加入盐酸，其中碳粉不反应，过滤得到残渣为炭粉，
故答案为：炭粉；
（3）根据表中开始沉淀和沉淀完全pH，Fe（OH）₃开始沉淀pH=2.53\沉淀完全pH=2.94，Al（OH）₃开始沉淀pH=3.43、沉淀完全pH=4.19，用NiO调节溶液的pH，依次沉淀为：Fe（OH）₃，Al（OH）₃，由于小于连续测定pH，且精度较高，应选择pH计控制两种沉淀析出的pH，
故答案为：Fe（OH）₃；Al（OH）₃ ；C；
（4）NiC₂O₄＞NiC₂O₄•H₂O＞NiC₂O₄•2H₂O，所以生成的沉淀为NiC₂O₄•2H₂O，反应的化学方程式为：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O═NiC₂O₄•2H₂O↓+2NaCl；
故答案为：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O═NiC₂O₄•2H₂O↓+2NaCl；
（5）沉淀Ⅲ为Ni（OH）₂，被氯气氧化得到Ni（OH）₃，该氧化反应的离子方程式为：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-；
故答案为：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂═2Ni（OH）₃+2Cl^-；
（6）若Fe（OH）₃和Al（OH）₃同时存在，由溶度积表达式可知$\frac{c（F{e}^{3+}）}{c（A{l}^{3+}）}$=$\frac{Ksp[Fe（O{H）}_{3}]}{Ksp[Al（OH）_{3}]}$=2.0×10^-5，故答案为：2.0×10^-5．

点评 本题考查化学工艺流程、物质的分离提纯、沉淀转化、电化学原理等，关键是对工艺流程的理解，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与迁移运用能力，难度中等．