Question

金属氢化物-镍（MH-Ni）电池由于其高能、安全、无污染、无记忆效应、价格适宜，已成为目前最具发展前景的“绿色能源”电池之一，电池总反应为MH+NiOOH 

放电

充电

M+Ni（OH）₂，M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金．电解质溶液为浓KOH溶液．
（1）写出放电时的负极反应

 

（2）充电时，阳极的电极反应为

 

镍氢电池正极材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成．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，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺

②某温度下一些金属氢氧化物的K_sp及沉淀析出的理论pH如下表所示：

M（OH）x	Ksp	pH
		开始沉淀	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

回答下列问题：
（3）根据上表数据判断步骤②先析出的沉淀Ⅱ为

 

，后析出的沉淀为Ⅲ为

 

（填化学式），则pH₁

 

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

 

．
（5）④中阳极的电极反应为

 

，验证阳极产物的试剂为

 

．
（6）试写出⑥的离子方程式

 

．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题,电化学专题

分析：（1）放电时，负极上失电子发生氧化反应；
（2）充电时Ni（OH）₂在阳极上失电子发生氧化反应；
（3）废旧镍电池电极材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成的，根据流程图，加入盐酸，其中碳粉不反应得到残渣．得到溶液A的推断，利用题中给的信息，NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺，推知A中含有被盐酸溶解生成的Ni²⁺、Fe³⁺、AI³⁺三种离子；
由题给条件，根据PH可以确定开始析出沉淀和全部沉淀的PH范围，先析出沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀PH范围是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，沉淀PH的范围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为NiC₂O₄?2H₂O；
（5）由流程图和以上分析可知，D溶液主要是氯化钠溶液，电解氯化钠溶液在阳极得到氯气，氯气具有氧化性，验证氯气的试剂应是淀粉碘化钾溶液，遇氯气变蓝；
（6）在B溶液中加入Na₂C₂O₄溶液生成了沉淀ⅠNiC₂O₄.2H₂O，沉淀中加入氢氧化钠溶液，根据Ni（OH）₂开始沉淀到全部沉淀的PH范围为7.60～9.75，加入过量氢氧化钠溶液能使沉淀NiC₂O₄.2H₂O转化为Ni（OH）₂，所以C为沉淀Ni（OH）₂；根据流程图中的转化关系，Ni（OH）₂和氯气能生成Ni（OH）₃，结合原子守恒写成离子方程式．

解答： 解：（1）放电时是原电池、充电时是电解池，蓄电池放电时，负极上MH失电子发生氧化反应，电极反应式为MH+OH^--e^-═M+H₂O，
故答案为：MH+OH^--e^-═M+H₂O；
（2）充电时Ni（OH）₂在阳极上失电子发生氧化反应，其阳极的电极反应式为Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O；
故答案为：Ni（OH）₂-e^-+OH^-=NiOOH+H₂O；
（3）根据金属氢氧化物的K_ap及沉淀析出的理论pH，结合流程图可知，先沉淀的是三价铁离子，随后沉淀的是三价铝离子，则先析出沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀PH范围是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，沉淀PH的范围3.43～4.19，所以PH₁＜PH₂；，
故答案为：Fe（OH）₃；Al（OH）₃；＜；
（4）由溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O和流程中的变化可知沉淀为溶解度小的NiC₂O₄?2H₂O，所以根据转化关系写出化学方程式：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl，
故答案为：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl；
（5）由流程图和以上分析可知，D溶液主要是氯化钠溶液，电解氯化钠溶液在阳极得到氯气，则阳极反应式为：2Cl^-2e^-=Cl₂↑；氯气具有氧化性，验证氯气的试剂应是淀粉碘化钾溶液，遇氯气变蓝，
故答案：2Cl^-2e^-=Cl₂↑；淀粉碘化钾溶液；
（6）根据转化关系和Ni²⁺沉淀的PH推知，加入氢氧化钠的主要目的是把NiC₂O₄.2H₂O沉淀转化为Ni（OH）₂沉淀，为了使沉淀完全转化，加入的氢氧化钠溶液应过量，根据镍元素化合价变化，结合氧化还原反应的规律写出离子方程2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-，
故答案：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-．

点评：本题考查了原电池和电解池原理的应用、金属回收的基本方法、难溶电解质的溶解与沉淀应用、沉淀转化的条件，铝、铁、镍元素化合物的化学性质，离子的沉淀PH范围，物质的分离、提纯的方法，实验基本操作等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对知识的综合应用能力，题目难度较大．