Question

3．鎳具有優(yōu)良的物理和化學特性，是許多領域尤其是高技術產(chǎn)業(yè)的重要原料．羰基法提純粗鎳涉及的兩步反應依次為：
①Ni（s）+4CO（g）$\stackrel{50℃}{?}$ Ni（CO）₄（g）△H＜0
②Ni（CO）₄（g）$\stackrel{230℃}{?}$Ni（s）+4CO（g）△H＞0
完成下列填空：
（1）在溫度不變的情況下，要提高反應（1）中Ni（CO₄）的產(chǎn)率，可采取的措施有及時移走Ni（CO）₄、加壓．
（2）已知在一定條件下的2L密閉容器中制備Ni（CO）₄，粗鎳（純度98.5%，所含雜質不與CO反應）剩余質量和反應時間的關系如圖所示．Ni（CO）₄在0～10min的平均反應速率為0.05mol•L^-1min^-1．
（3）若反應（2）達到平衡后，保持其他條件不變，降低溫度，重新達到平衡時bc．
a．平衡常數(shù)K增大   b．CO的濃度減小  c．Ni的質量減小    d．v_逆增大
（4）簡述羰基法提純粗鎳的操作過程．先將粗鎳和CO在50℃反應生成羰基鎳，然后將羰基鎳轉移到另外一個中，升溫至230℃熱解得到純鎳
（5）儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣，并與氫氣結合成金屬氫化物的材料．如鑭鎳合金，它吸收氫氣可結合成金屬氫化物，其化學式可近似地表示為LaNi₅H₆ （LaNi₅H₆ 中各元素化合價均可看作是零），它跟NiO（OH）可組成鎳氫可充電電池：LaNi₅H₆+6NiO（OH）$?_{充電}^{放電}$LaNi₅+6Ni（OH）₂ 該電池放電時，負極反應是LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O． 市面上出售的標稱容量為2 000mA h（mA h表示毫安時）的1節(jié)鎳氫電池至少應含有鑭鎳合金5.4g（結果保留兩位有效數(shù)字，已知1mol電子的電量為96500庫侖或安培•秒 Mr（LaNi₅）=434）．

Answer 1

分析 （1）反應Ni（S）+4CO（g）?Ni（CO）₄（g）+Q是放熱反應，反應前后氣體體積減小，依據(jù)平衡移動原理分析；
（2）粗鎳的純度98.5%，1-10min內(nèi)粗鎳質量減少100g-41g═59g；鎳的質量=59g×98.5%=58.115g依據(jù)化學方程式計算Ni（CO）₄的質量，計算物質的量得到變化濃度，根據(jù)化學反應速率概念計算得到；
（3）由反應①為放熱反應可知反應②為吸熱反應，因此反應②達到平衡后，降溫，平衡逆向進行，反應平衡常數(shù)K變小、CO的濃度與Ni的質量均減小、因溫度降低，v逆[Ni（CO）4]減��；
（4）利用信息可知，可采取在低溫（50℃）時讓粗鎳和CO作用，使生成的Ni（CO）₄在230℃時分解即可得到純鎳；
（5）根據(jù)反應的總方程式可知陰極應為LaNi₅LaNi₅H₆被還原生成LaNi₅H₆；根據(jù)1mol電子轉移時所通過的電量為1法拉第，1法拉第電量為96500庫侖或安培秒，則2000mAh的1節(jié)鎳氫電池則要轉移$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol電子，再根據(jù)電極反應計算需要金屬鎳的質量．

解答 解：（1）反應①是氣體體積減少的放熱反應，因此在溫度不變的情況下，采取增大體系壓強、從反應體系中移走Ni（CO）₄（g）等措施均可使反應正向進行，提高Ni（CO）4的產(chǎn)率，
故答案為：及時移走Ni（CO）₄，加壓； 
（2）隨反應進行，粗鎳減少的質量即為參加反應①消耗的鎳的質量，粗鎳的純度98.5%，1-10min內(nèi)粗鎳質量減少100g-41g=59g；鎳的質量=59g×98.5%=58.115g在0～10min，生成Ni的物質的量=$\frac{（100-41）×98.5%}{59}$=0.985mol，故在0～10min，v[Ni（CO）₄]=$\frac{\frac{0.985mol}{2L}}{10min}$=0.985mol/（2L×10min）=0.05mol/（L•min）；
故答案為：0.05mol/（L•min）；
（3）由反應①為放熱反應可知反應②為吸熱反應，因此反應②達到平衡后，降溫，平衡逆向進行，反應平衡常數(shù)K變小、CO的濃度與Ni的質量均減小、因溫度降低，v逆[Ni（CO）₄]減��；
a．溫度降低平衡向放熱反應方向進行，反應②是吸熱反應，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小；
b．溫度降低平衡向放熱反應方向進行，反應②是吸熱反應，平衡逆向進行一氧化碳濃度減小；
c．依據(jù)反應分析，溫度降低反應①平衡正向進行，反應②逆向進行，鎳質量減��；
d．平衡逆向進行，溫度降低，v_逆[Ni（CO）₄]減�。�
故答案為：bc；
（4）利用信息可知，可采取在低溫（50℃）時讓粗鎳和CO作用，使生成的Ni（CO）₄在230℃時分解即可得到純鎳，在封閉的玻璃管一端放入粗鎳，控制溫度在50℃，通入CO氣體，一點時間后在玻璃管的另一端加熱至230℃，即可在該端獲得純凈的鎳，
故答案為：先將粗鎳和CO在50℃反應生成羰基鎳，然后將羰基鎳轉移到另外一個中，升溫至230℃熱解得到純鎳；
（5）放電時，負極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O，因為1mol電子轉移時所通過的電量為1法拉第，1法拉第電量為96500庫侖或安培秒，則2000mA•h的1節(jié)鎳氫電池則要轉移$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol電子，又根據(jù)陰極反應LaNi₅+6e^-+6H₂O═LaNi₅H₆+6OH^-，所以1mol鑭鎳合金轉移6mol電子，所以2000mAh的1節(jié)鎳氫電池則要鑭鎳合金的質量為$\frac{2000×3600}{96500}$×10^-3mol×$\frac{1}{6}$×（139+59×5+6）g/mol=5.4g，故答案為：LaNi₅H₆+6OH^--6e^-=LaNi₅+6H₂O；5.4．

點評 本題考查了化學平衡的影響因素，題目難度不大，明確化學平衡及其影響因素為解答關鍵，試題側重基礎知識的考查，培養(yǎng)了學生的分析能力及靈活應用能力．