Question

13．堿式氧化鎳（NiOOH）可用作鎳氫電池的正極材料，可用廢鎳催化劑（主要含Ni、Al，少量Cr、FeS 等）來制備，其工藝流程如圖：

回答下列問題：
（1）“浸泡除鋁”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）“溶解”時(shí)放出的氣體為H₂、H₂S （填化學(xué)式）；
（3）已知該條件下金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如表：

	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Ni2+	6.2	8.6
Fe2+	7.6	9.1
Fe3+	2.3	3.3
Cr3+	4.5	5.6

“調(diào)pH=1”時(shí)，溶液pH范圍為5.6～6.2；
（4）在空氣中加熱Ni（OH）₂可得NiOOH，請寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（5）金屬鉻在溶液中有多種存在形式，CrO₄^2-和Cr₂O₇^2-在溶液中可相互轉(zhuǎn)化．室溫下，初始濃度為1.0mol/L的Na₂CrO₄溶液中c（Cr₂O₇^2-）隨c（H⁺）的變化如圖所示，用離子方程式表示Na₂CrO₄溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，根據(jù)A點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為10¹⁴，溫度升高，溶液中CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 由流程可知，廢鎳催化劑（主要含Ni、Al，少量Cr、FeS等）加氫氧化鈉堿浸，Al溶解：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑，過濾得到固體含有Ni、Cr、FeS，加入稀硫酸酸浸溶解，溶液含有Ni²⁺、Fe²⁺、Cr²⁺，加入NaClO氧化亞鐵離子為鐵離子，加入Ni（OH）₂調(diào)節(jié)溶液PH使Fe³⁺和Cr²⁺全部沉淀，鎳離子不沉淀，過濾后調(diào)節(jié)溶液PH得到Ni（OH）₂沉淀，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體，在加熱條件下與空氣反應(yīng)得到堿式氧化鎳（NiOOH），以此解答（1）～（4）；
（5）圖象分析可知隨氫離子濃度增大，鉻酸根離子轉(zhuǎn)化為重鉻酸根離子；A點(diǎn)c（Cr₂O₇^2-）=0.25mol/L，c（H⁺）=10^-7mol/L，c（CrO₄^2-）=0.5mol/L，依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算，K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（{H}^{+}）{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$；
溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向進(jìn)行，CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率增大；A點(diǎn)Cr₂O₇^2-的濃度為0.25mol/L，則消耗的CrO₄^2-的濃度為0.5mol/L，則溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺濃度為1×10^-7mol/L，計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)；
升高溫度，溶液中CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）“浸泡除鋁”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑；
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）“溶解”時(shí)為Ni、Cr、FeS與稀硫酸反應(yīng)，Ni+H₂SO₄═NiSO₄+H₂↑、Cr+H₂SO₄═CrSO₄+H₂↑、FeS+H₂SO₄═NiSO₄+H₂S↑；
故答案為：H₂、H₂S；
（3）加入Ni（OH）₂調(diào)節(jié)溶液PH使Fe³⁺和Cr²⁺全部沉淀，鎳離子不沉淀，故pH范圍為5.6～6.2；
故答案為：5.6～6.2；
（4）在加熱條件下Ni（OH）₂與空氣反應(yīng)得到堿式氧化鎳（NiOOH），化學(xué)方程式為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
故答案為：4Ni（OH）₂+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4NiOOH+2H₂O；
（5）隨著H⁺濃度的增大，CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-的離子反應(yīng)式為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O，
溶液酸性增大，平衡2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O正向進(jìn)行，CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率增大；A點(diǎn)Cr₂O₇^2-的濃度為0.25mol/L，則消耗的CrO₄^2-的濃度為0.5mol/L，則溶液中的c（CrO₄^2-）=1.0mol/L-0.25mol/L×2=0.5mol/L，H⁺濃度為1×10^-7mol/L，此時(shí)該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為 K=$\frac{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}{{c}^{2}（{H}^{+}）{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{0.25}{0．{5}^{2}×（1{0}^{-7}）^{2}}$=1.0×10¹⁴，
升高溫度，溶液中CrO₄^2-的平衡轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動(dòng)，說明正方向放熱，則該反應(yīng)的△H＜0，
故答案為：2CrO₄^2-+2H⁺?Cr₂O₇^2-+H₂O；10¹⁴；＜．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離方法和實(shí)驗(yàn)過程分析判斷，為高考常見題型，側(cè)重離子方程式的書寫和氧化還原反應(yīng)的計(jì)算應(yīng)用，注意流程的理解以及平衡常數(shù)的理解應(yīng)用，題目有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力，難度中等．