12.鎳電池廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車系統(tǒng),電極材料由Ni(OH)2、炭粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成.為實(shí)現(xiàn)資源的回收利用并有效防止環(huán)境污染,設(shè)計(jì)如下工藝流程:

已知:①NiCl2易溶水,F(xiàn)e3+不能氧化Ni2+
②該溫度下一些難溶物的Ksp及沉淀析出的理論pH如表所示:
 Ksp開始沉淀pH沉淀完全pH
Al(OH)31.9×10-333.434.19
Fe(OH)33.8×10-382.532.94
Ni(OH)21.6×10-147.609.75
NiC2O44.0×10-10----
回答下列問題:
(1)該工藝流程中多次重復(fù)利用的一種實(shí)驗(yàn)基本操作是過濾.
(2)酸溶所留殘?jiān)闹饕煞譃樘糠郏ㄌ钗镔|(zhì)名稱)
(3)根據(jù)上表數(shù)據(jù)判斷,用NiO調(diào)節(jié)溶液的pH,依次析出是沉淀Fe(OH)3和沉淀Al(OH)3(填化學(xué)式),
控制兩種沉淀析出可利用C.
A.pH試紙         B.石蕊指示劑           C.pH計(jì)
(4)已知實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)的溶解度:NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O,則加入Na2C2O4溶液發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是NiCl2+Na2C2O4+2H2O═NiC2O4•2H2O↓+2NaCl.
(5)氧化步驟的離子反應(yīng)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同時(shí)存在,則$\frac{c(F{e}^{3+})}{c(A{l}^{3+})}$=2.0×10-5

分析 廢舊鎳電池電極材料由Ni(OH)2、炭粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的,加入鹽酸,其中碳粉不反應(yīng),過濾得到殘?jiān)鼮樘糠郏Y(jié)合信息①可知,濾液中含有NiCl2、AlCl3、FeCl3及未反應(yīng)的HCl,加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH,使溶液中Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀,過濾除去,濾液中加入Na2C2O4溶液,由(4)中NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O,所以生成的沉淀為NiC2O4•2H2O,沉淀中加入NaOH溶液,由溶度積可知轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2.過濾分離得到Ni(OH)2.過濾①的濾液主要是氯化鈉溶液,電解氯化鈉溶液得到氫氧化鈉、氯氣與氫氣,沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物之一氧化,氧化產(chǎn)物洗滌得到Ni(OH)3,應(yīng)是Ni(OH)2被氯氣氧化.
(6)若Fe(OH)3和Al(OH)3同時(shí)存在,由溶度積表達(dá)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:廢舊鎳電池電極材料由Ni(OH)2、炭粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的,加入鹽酸,其中碳粉不反應(yīng),過濾得到殘?jiān)鼮樘糠郏Y(jié)合信息①可知,濾液中含有NiCl2、AlCl3、FeCl3及未反應(yīng)的HCl,加入NiO調(diào)節(jié)溶液pH,使溶液中Al3+、Fe3+轉(zhuǎn)化為Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀,過濾除去,濾液中加入Na2C2O4溶液,由(4)中NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O,所以生成的沉淀為NiC2O4•2H2O,沉淀中加入NaOH溶液,由溶度積可知轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,過濾分離得到Ni(OH)2.過濾①的濾液主要是氯化鈉溶液,電解氯化鈉溶液得到氫氧化鈉、氯氣與氫氣,沉淀Ⅲ可被電解所得產(chǎn)物之一氧化,氧化產(chǎn)物洗滌得到Ni(OH)3,應(yīng)是Ni(OH)2被氯氣氧化.
(1)由上述分析可知,該工藝流程中多次重復(fù)利用的一種實(shí)驗(yàn)基本操作是:過濾,
故答案為:過濾;
(2)加入鹽酸,其中碳粉不反應(yīng),過濾得到殘?jiān)鼮樘糠郏?br />故答案為:炭粉;
(3)根據(jù)表中開始沉淀和沉淀完全pH,F(xiàn)e(OH)3開始沉淀pH=2.53\沉淀完全pH=2.94,Al(OH)3開始沉淀pH=3.43、沉淀完全pH=4.19,用NiO調(diào)節(jié)溶液的pH,依次沉淀為:Fe(OH)3,Al(OH)3,由于小于連續(xù)測定pH,且精度較高,應(yīng)選擇pH計(jì)控制兩種沉淀析出的pH,
故答案為:Fe(OH)3;Al(OH)3 ;C;
(4)NiC2O4>NiC2O4•H2O>NiC2O4•2H2O,所以生成的沉淀為NiC2O4•2H2O,反應(yīng)的化學(xué)方程式為:NiCl2+Na2C2O4+2H2O═NiC2O4•2H2O↓+2NaCl;
故答案為:NiCl2+Na2C2O4+2H2O═NiC2O4•2H2O↓+2NaCl;
(5)沉淀Ⅲ為Ni(OH)2,被氯氣氧化得到Ni(OH)3,該氧化反應(yīng)的離子方程式為:2Ni(OH)2+2OH-+Cl2═2Ni(OH)3+2Cl-;
故答案為:2Ni(OH)2+2OH-+Cl2═2Ni(OH)3+2Cl-
(6)若Fe(OH)3和Al(OH)3同時(shí)存在,由溶度積表達(dá)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,故答案為:2.0×10-5

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程、物質(zhì)的分離提純、沉淀轉(zhuǎn)化、電化學(xué)原理等,關(guān)鍵是對(duì)工藝流程的理解,是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查,需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與遷移運(yùn)用能力,難度中等.

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