Question

镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由NiO₂、Fe和碳粉涂在铝箔上制成。放电过程中产生Ni（OH）₂和Fe（OH）₂，Fe（OH）₂最终氧化、脱水生成氧化铁。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回收研究。

已知：①NiCl₂易溶于水，Fe^3＋不能氧化Ni^2＋。

②某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及开始沉淀和完全沉淀时的理论pH如表所示：

M（OH）n	Ksp	pH
开始沉淀	沉淀完全
Al（OH）3	2.0×10^－32	3.8	——
Fe（OH）3	4.0×10^－38	1.9	3.2
Fe（OH）2	8.0×10^－16	6.95	9.95
Ni（OH）2	6.5×10^－18	5.9	8.9

回答下列问题：

（1）该电池的负极材料是___________________，正极反应式为_________________，

（2）若电池输出电压为3V，给2W灯泡供电，当电池消耗0.02gFe，理论上电池工作__________min（小数点后保留2位）。（已知F=96500C/mol）

（3）将电池电极材料用盐酸溶解后加入适量双氧水，其目的是_____________。过滤，在滤液中慢慢加入NiO固体，则开始析出沉淀时的离子方程式是_______________和___________________。若将两种杂质阳离子都沉淀析出，pH应控制在___________（离子浓度小于或等于1×10^-5mol/L为完全沉淀，lg2=0.3、lg3=0.5）；设计将析出的沉淀混合物中的两种物质分离开来的实验方案_____________。

（4）将加入NiO过滤后的溶液加入Na₂C₂O₄，得到NiC₂O₄·2H₂O和滤液A，A的主要成分是_____________；电解滤液A，在阴极产生气体B______（填分子式）；在阳极产生气体C______（填分子式）。将NiC₂O₄·2H₂O加入到电解后的溶液，再通入电解时某电解产生的气体，即可得到回收产品Ni（OH）₃，所通入气体为______（填“B”、“C”）极气体，判断依据是_________。

Answer

Fe NiO2+2H2O+2e-=Ni（OH）2+2OH- 1.72 将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+ NiO+2H+=Ni2++H2O Fe3++3H2O=Fe（OH）3↓+3H+ 5.1~5.9之间 将混合物加入NaOH溶液中充分溶解，过滤、洗涤，滤渣为Fe（OH）3，将滤液通入足量CO2，过滤、洗涤，得沉淀物Al（OH）3。 NaCl溶液 H2 Cl2 C 电解池阳极产生Cl2，由Ni（OH）2→Ni（OH）3，Ni元素化合价升高，需要加入氧化剂，故选用电解池阳极产生的Cl2。

【解析】（1）本题考查原电池正负极的判断以及电极反应式的书写，原电池工作原理中，负极上发生氧化反应，化合价升高，根据题目中所给信息，Fe→Fe(OH)2，Fe的化合价升高，因此铁作负极，原电池的正极上发生还原反应，化合价降低，根据信息，NiO2→Ni(OH)2，Ni的化合价降低，NiO2在正极上得电子，即电极反应式为NiO2＋2H2O＋2e－=Ni(OH)2＋2OH－；（2）本题考查电化学的计算，消耗0.02gFe产生的电量是0.02×2×96500/56=68.93C，根据I=P/U=2/3=0.67A，工作时间为68.93/(0.67×60)=1.71min；（3）本题考查元素及其化合物的性质，电极材料有Al、Ni(OH)2、Fe2O3，加入盐酸后，溶液中的离子是Ni2＋、Al3＋、Fe2＋，加入过氧化氢溶液，把Fe2＋氧化成Fe3＋，慢慢加入NiO固体，与H＋反应，使pH增大，由表中数据可知，开始出现沉淀为Fe(OH)3，若两种沉淀同时析出，pH应控制在Al3＋完全沉淀和Ni2＋不沉淀之间，Al3＋离子浓度小于或等于1×10－5mol·L－1，，由Ksp[Al(OH)3]=c(Al3＋)×c3(OH－)=2.0×10－32，代入数值，解得c(OH－)= mol·L－1，pOH=8.9，则pH=14－8.9=5.1，因此pH应控制在5.1～5.9之间，将沉淀混合物Fe(OH)3、Al(OH)3加入足量的氢氧化钠溶液中，先将Al(OH)3充分溶解、过滤、洗涤，滤渣为Fe(OH)3，再向滤液通入足量CO2，过滤、洗涤，得到沉淀物Al(OH)3；（4）本题考查电解原理，将加入NiO过滤后的溶液主要成分是NiCl2，加入Na2C2O4，得到NiC2O4·2H2O，滤液A主要成分是NaCl，电解NaCl溶液：2Cl－＋2H2O H2↑（阴极）＋Cl2↑（阳极）＋2OH－，将NiC2O4·2H2O加入到电解后的NaOH溶液，可得到回收产品Ni(OH)3，Ni元素的化合价升高，因此通入气体为Cl2，即电解池阳极气体。