Question

鎳電池廣泛應用于混合動力汽車系統，電極材料由Ni(OH)₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成。由于電池使用后電極材料對環境有危害。某興趣小組對該電池電極材料進行資源回收研究，設計實驗流程如下：

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
回答下列問題：
（1）酸溶后所留殘渣的主要成份             （填物質名稱）。
（2）用NiO調節溶液的pH，析出沉淀的成分為____________________(填化學式)；用pH試紙測定某溶液pH的具體操作是                                                        。
（3）寫出加入Na₂C₂O₄溶液后反應的化學方程式_____________________________。
（4）寫出加入NaOH溶液所發生反應的離子方程式                           ，該反應的平衡常數為               。
（5）沉淀Ⅲ可被電解所得產物之一    （填化學式）氧化生成Ni(OH)₃ ，如何洗滌Ni(OH)₃ 沉淀？
                                                                。

Answer 1

（1）碳粉
（2）Fe(OH)₃、Al(OH)₃　把干燥pH試紙置于表面皿（或玻璃片）上，用干燥潔凈的玻璃棒蘸取待測液滴在pH試紙上，待顯色后立即與標準比色卡比對即可讀數。
（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餾水至浸沒沉淀，待水自然流干后，再重復2~2次。

解析試題分析：（1）由于電極材料是由Ni(OH)₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的，因此在這些成分中不溶于酸的只有碳粉，所以酸溶后所留殘渣為碳粉。
（2）酸溶后的溶液中含有Al^3＋ 、Fe^3＋ 、Ni^2＋ 等金屬離子，因此加入NiO主要是調節pH值使雜質離子Al^3＋ 、Fe^3＋ 沉淀，所以析出的沉淀為Fe(OH)₃、Al(OH)₃ 。用pH試紙測定溶液pH值的操作是：把干燥pH試紙置于表面皿（或玻璃片）上，用干燥潔凈的玻璃棒蘸取待測液滴在pH試紙上，待顯色后立即與標準比色卡比對即可讀數。
（3）除去Al^3＋ 、Fe^3＋ 等雜質離子后的溶液為NiCl₂ 溶液，加入Na₂C₂O₄溶液后又經過了過濾步驟，可以推測此步驟中反應有沉淀析出，因此發生的反應方程式為NiCl₂＋Na₂C₂O₄==NiC₂O₄↓＋2NaCl。
（4）加NaOH溶液到NiC₂O₄ 沉淀中，根據已知條件中Ni(OH)、NiC₂O₄的溶度積，可以分析兩種沉淀的溶解度較接近，因此此處應該是發生了沉淀的轉化反應，所以方程式為NiC₂O₄ +2OH^-  Ni(OH)₂＋C₂O₄^2- ，此轉化方程式可由兩沉淀的溶解平衡式結合而得：
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，因此該式的平衡常數K=K(NiC₂O₄)/ K(Ni(OH))= 8.0×10⁵L.mol^-1 。
（5）過濾1后的濾液是氯化鈉溶液，因此電解氯化鈉溶液能得到氧化性的氣體氯氣。洗滌Ni(OH)₃ 沉淀的操作是：往盛有Ni(OH)₃ 沉淀的漏斗中注入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流干后，再重復2~3次。
考點：本題考查的是簡單的化學工藝流程題，考查的操作較多。