Question

鎳具有優良的物理和化學特性，是許多領域尤其是高技術產業的重要原料。羰基法提純粗鎳涉及的兩步反應依次為：
反應Ⅰ Ni(S)+4CO(g) Ni(CO)₄(g)△H₁＜0
反應Ⅱ Ni(CO)₄(g)  Ni(S)+4CO(g) △H₂  
（1）在溫度不變的情況下，要提高反應Ⅰ中Ni(CO)₄的產率，可采取的措施有        、        。
（2）已知350K下的2L密閉容器中裝有100g粗鎳（純度98．5%,所含雜質不與CO反應），通入6 molCO氣體發生反應Ⅰ制備Ni(CO)₄，容器內剩余固體質量和反應時間的關系如圖所示，10min后剩余固體質量不再變化。

①反應Ⅰ在0～10min的平均反應速率v（Ni(CO)₄）=                 。
②若10min達到平衡時在右端得到29．5g純鎳，則反應Ⅰ的平衡常數K₁為多少？（寫出計算過程）
（3）反應Ⅱ中 △H₂   0（填“＞”、“＜”、“＝”）；若反應Ⅱ達到平衡后，保持其他條件不變，降低溫度，重新達到平衡時        。（雙選）
a．平衡常數K增大   b．CO的濃度減小    c．Ni的質量減小    d．v_逆[Ni(CO)₄]增大
（4）用吸收H₂后的稀土儲氫合金作為電池負極材料(用MH)表示)，NiO(OH)作為電池正極材料，KOH溶液作為電解質溶液，可制得高容量，長壽命的鎳氫電池。電池充放電時的總反應為：
NiO(OH)+MHNi(OH)₂+M 電池充電時，陽極的電極反應式為                                 。電池充電時陰極上發生      （填“氧化”或“還原”）反應

Answer 1

（1）①增大CO濃度，加壓。（各1分共2分）
②0．05mol·L^-1min^-1（2分）
③0．5（2分）
（2）＞（2分）bc（2分）
（3）Ni(OH)₂＋OH^?-e^－="NiO(OH)+" H₂O　（2分）還原（1分）

試題分析： （1）要提高反應Ⅰ中Ni(CO)₄的產率，就是要使平衡正向移動，因此除了改變溫度以外，還可以適當增大壓強、增大CO的初始濃度。
（2）①反應至10min時，固體Ni的質量減小了100-41=59g，所以反應的n(Ni)= 59g/59g/mol=1mol，所以生成的Ni(CO)₄）也為1mol，所以v（Ni(CO)₄）="1/(10×2)" mol·L^-1min^-1=0．05mol·L^-1min^-1。
②反應十分鐘達平衡，右端得到29．5g的純鎳，是發生了反應II，所以此處為干擾信息，所求的反應I的平衡常數與反應II無關，因此計算過程如下：
Ni(S)+4CO(g) Ni(CO)₄(g)
起始(mol)              6                   0（1分）
變化(mol)    1         4                   1（1分）
平衡(mol)              2                   1（1分）
平衡(mol/L)            1                  0．5
K = c[Ni(CO)₄]/c⁴(CO) = 0．5/1⁴ = 0．5（2分）
（3）反應II為反應I的逆過程，所以反應II中的△H₂ >0；達到平衡后降低溫度，平衡逆向移動，因此分析如下：溫度降低，平衡逆向移動，平衡常數K變小，a錯誤；平衡逆向移動，CO的濃度減小，Ni的質量減小，bc正確；溫度降低正逆反應速率均減小，D錯誤。
(4)從電池充放電總反應式來看，NiO(OH)→ Ni(OH)₂ 中Ni的化合價+3→+2，發生還原反應，所以放電時作正極。相反，當充電時Ni(OH)₂→NiO(OH)時，Ni(OH)₂ 應該作陽極發生氧化反應，因此反應的電極反應式為：Ni(OH)₂＋OH^?-e^－="NiO(OH)+" H₂O，而充電時的陰極發生還原反應。