Question

镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害。某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，Fe^3＋不能氧化Ni^2＋。②K (Ni(OH)): 5.0×10^-16 ，K (NiC₂O₄): 4.0×10^-10
回答下列问题：
（1）酸溶后所留残渣的主要成份             （填物质名称）。
（2）用NiO调节溶液的pH，析出沉淀的成分为____________________(填化学式)；用pH试纸测定某溶液pH的具体操作是                                                        。
（3）写出加入Na₂C₂O₄溶液后反应的化学方程式_____________________________。
（4）写出加入NaOH溶液所发生反应的离子方程式                           ，该反应的平衡常数为               。
（5）沉淀Ⅲ可被电解所得产物之一    （填化学式）氧化生成Ni(OH)₃ ，如何洗涤Ni(OH)₃ 沉淀？
                                                                。

Answer 1

（1）碳粉
（2）Fe(OH)₃、Al(OH)₃　把干燥pH试纸置于表面皿（或玻璃片）上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在pH试纸上，待显色后立即与标准比色卡比对即可读数。
（3） NiCl₂＋Na₂C₂O₄==NiC₂O₄↓＋2NaCl
（4） NiC₂O₄ +2OH^-  Ni(OH)₂＋C₂O₄^2-        8.0×10⁵L.mol^-1
（5）   Cl₂      往盛有Ni(OH)₃ 沉淀的漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流干后，再重复2~2次。

试题分析：（1）由于电极材料是由Ni(OH)₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成的，因此在这些成分中不溶于酸的只有碳粉，所以酸溶后所留残渣为碳粉。
（2）酸溶后的溶液中含有Al^3＋ 、Fe^3＋ 、Ni^2＋ 等金属离子，因此加入NiO主要是调节pH值使杂质离子Al^3＋ 、Fe^3＋ 沉淀，所以析出的沉淀为Fe(OH)₃、Al(OH)₃ 。用pH试纸测定溶液pH值的操作是：把干燥pH试纸置于表面皿（或玻璃片）上，用干燥洁净的玻璃棒蘸取待测液滴在pH试纸上，待显色后立即与标准比色卡比对即可读数。
（3）除去Al^3＋ 、Fe^3＋ 等杂质离子后的溶液为NiCl₂ 溶液，加入Na₂C₂O₄溶液后又经过了过滤步骤，可以推测此步骤中反应有沉淀析出，因此发生的反应方程式为NiCl₂＋Na₂C₂O₄==NiC₂O₄↓＋2NaCl。
（4）加NaOH溶液到NiC₂O₄ 沉淀中，根据已知条件中Ni(OH)、NiC₂O₄的溶度积，可以分析两种沉淀的溶解度较接近，因此此处应该是发生了沉淀的转化反应，所以方程式为NiC₂O₄ +2OH^-  Ni(OH)₂＋C₂O₄^2- ，此转化方程式可由两沉淀的溶解平衡式结合而得：
①Ni(OH)₂ = Ni^2＋ +2OH-   K(Ni(OH))= 5.0×10^-16  ②NiC₂O₄ = Ni^2＋ + C₂O₄^2-  K(NiC₂O₄)=4.0×10^-10 ，
由所求方程式可由②—①得，因此该式的平衡常数K=K(NiC₂O₄)/ K(Ni(OH))= 8.0×10⁵L.mol^-1 。
（5）过滤1后的滤液是氯化钠溶液，因此电解氯化钠溶液能得到氧化性的气体氯气。洗涤Ni(OH)₃ 沉淀的操作是：往盛有Ni(OH)₃ 沉淀的漏斗中注入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流干后，再重复2~3次。