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，某学习小组对该电池电极材料进行回收研究。

已知 ：①NiO₂有强氧化性，可与浓盐酸反应；

②NiCl₂易溶于水，Fe^3＋不能氧化Ni^2＋。

③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	4.1	－
Fe（OH）3	3.5×10^－38	2.2	3.5
Fe（OH）2	1.0×10^－15	7.5	9.5
Ni（OH）2	6.5×10^－18	6.4	8.4

回答下列问题：

（1）该电池的正极反应式为；                                        ；

（2）维持电流强度为1.0A，消耗0.28gFe，理论电池工作               s。（已知F=96500C/mol）

（3）对该电池电极材料进行回收方案设计：

①方案中加入适量双氧水的目的是             ；在滤液I中慢慢加入NiO固体，则依次析出沉淀

         和沉淀           （填化学式）。若两种沉淀都析出，pH应控制在不超过              

（离子浓度小于1×10^-5mol/L为完全沉淀，lg2=0.3、lg3=0.4）；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                                                        。

②滤液III中溶质的主要成分是            （填化学式）；气体I为            ，判断依据是                                                                          。

Answer

（1）NiO2+2H2O+2e－==Ni（OH）2+2OH－（2分）；

（2） 965 （2分）；

（3）①将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+；Fe（OH）3、Al（OH）3；6.4 （每空1分，共4分）；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。（2分）

② NaCl （1分）；Cl2 （1分）；电解池阳极产生Cl2将NiC2O4氧化为Ni（OH）3 （2分）

【解析】

试题分析：

（1）根据放电过程中由NiO2产生Ni（OH）2可知，正极方程式为NiO2+2H2O+2e－==Ni（OH）2+2OH－；

（2）消耗0.28g Fe，则转移电子0.01mol，则电流强度为1.0A时，理论电池工作965s；

（3）电极材料由NiO2、Fe和碳粉涂在铝箔上制成，可知废电池电极材料加盐酸溶解后的溶液中含有Ni2+、Fe2+、Fe3+、Al3+及过量的盐酸等，滤渣Ⅰ主要是碳及其他不溶性杂质。在滤液I中慢慢加入NiO固体，依次析出沉淀Fe（OH）3、Al（OH）3。在滤液Ⅱ中加入草酸钠，使Ni2+沉淀出来。

①因Fe2+完全沉淀的pH为9.5，此时Ni2+已完全沉淀，故需将Fe2+氧化为Fe3+调pH大于3.5即可将铁元素沉淀完，再调pH小于6.4将Al3+完全沉淀为Al（OH）3，此时Ni2+还没有产生沉淀。分离Fe（OH）3、Al（OH）3的方法是：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。

②滤液III中溶质的主要成分是NaCl；气体I为Cl2，因为电解时阳极产生Cl2将NiC2O4氧化为Ni（OH）3。

考点：考查电化学原理，工艺流程图的分析。