Question

（Ⅰ）某化學興趣小組的同學得上用下圖所示實驗裝置進行實驗（圖中a、b、c表示止水夾）．

（1）請利用上述裝置設計一個簡單的實驗驗證Cl^-和Br^-的還原性強弱．
①選擇合理的裝置連接：

 

→

 

→

 

（填字母編號）．
②選擇所需的試劑：

 

（填字母編號）．
a．固體氯化鈉    b．固體二氧化錳    c．濃硫酸
d．濃鹽酸        e．稀鹽酸          f．溴化鈉溶液
③實驗現象及結論：

 

．
（Ⅱ）電極材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成．由于電池使用后電極材料對環境有危害，某興趣小組對該電池電極材料進行資源回收并制備NiSO₄?7H₂O晶體，設計實驗流程如下：

已知：①NiSO₄易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺
②某溫度下一些金屬氫氧化物的K_SP及析出理論pH如下表所示：

M（OH）n	Ksp	pH
		開始沉淀	沉淀完全
Al（OH）3	1.9×10-23	3.43	4.19
Fe（OH）3	3.8×10-38	2.53	2.94
Ni（OH）2	1.6×10-14	7.60	9.75

回答下列問題：
（1）根據上表數據判斷操作2依次析出的沉淀I是

 

沉淀II是

 

（填化學式），pH₁

 

pH₂（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）操作1和操作2所用到的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、酒精燈、燒杯、玻璃棒外還需要的主要儀器為

 

．
（3）“調節pH為2-3”的目的是

 

；
（4）NiSO₄在強堿溶溶中用NaClO氧化，可制得堿性鎳鎘電池電極材料--NiOOH．該反應的離子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（Ⅰ）驗證Cl^-和Br^-的還原性強弱可根據反應Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂設計實驗；
（Ⅱ）廢舊鎳電池電極材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化鐵等涂覆在鋁箔上制成的，根據流程圖，加入鹽酸，其中碳粉不反應得到殘渣．得到溶液A的推斷，利用題中給的信息，NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺，推知A中含有被鹽酸溶解生成的Ni²⁺、Fe³⁺、AI³⁺三種離子；
（1）由題給條件，金屬氫氧化物的K_ap及沉淀析出的理論pH，可知，在A溶液中加入NiO是為了調節溶液PH，使相應的鋁離子、三價鐵離子全部沉淀出，Ni²⁺在溶液B中．根據PH可以確定開始析出沉淀和全部沉淀的PH范圍，先析出沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀PH范圍是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，沉淀PH的范圍3.43～4.19，所以PH₁＜PH₂；
（2）操作1和操作2是過濾操作，分離沉淀；
（3）依據圖表數據分析，調節PH2-3蒸發結晶得到NiSO₄?7H₂O晶體，目的是得到較純凈的晶體；
（4）依據NiSO₄在強堿溶溶中用NaClO氧化，可制得堿性鎳鎘電池電極材料--NiOOH，次氯酸鈉被還原為氯離子，結合電荷守恒、原子守恒寫出．

解答：解：（Ⅰ）①驗證Cl^-和Br^-的還原性強弱可根據反應Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂設計實驗，在A裝置中制備氯氣，生成的氣體通入到裝有溴化鈉溶液的C中，最后剩余的氯氣要用盛氫氧化鈉溶液的裝置E吸收多余的氯氣，防止污染空氣，合理的裝置連接為A、C、E；
故答案為：A、C、E；
②試劑選擇二氧化錳和濃鹽酸加熱反應生成氯氣，多余的氯氣被氫氧化鈉溶液吸收，試劑為bdf；
故答案為：bdf；
③依據實驗設計，反應后生成黃綠色氣體氯氣，通入溴化鈉溶液中，氯氣氧化溴離子為單質溴，溶液變為橙色，證明氯氣的氧化性大于氧化產物溴單質；如燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變為橙色，可證明氯氣的氧化性強于溴，則Br^-的還原性強于Cl^-；
故答案為：燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變為橙色，可證明氯氣的氧化性強于溴，則Br^-的還原性強于Cl^-；
（Ⅱ）（1）根據金屬氫氧化物的K_ap及沉淀析出的理論pH，結合流程圖可知，先沉淀的是三價鐵離子，沉淀pH范圍是2.53～2.94，隨后沉淀的是三價鋁離子，沉淀pH的范圍3.43～4.19，所以pH₁＜pH₂，析出的沉淀I是Fe（OH）₃，沉淀II是Al（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃；Al（OH）₃；＜；
（2）操作1和操作2所用到的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、酒精燈、燒杯、玻璃棒外還需要的主要儀器為漏斗，故答案為：漏斗；
（3））“調節pH為2-3”的目的是防止Ni²⁺水解，得到較純凈的晶體，故答案為：防止Ni²⁺水解；
（4）NiSO₄在強堿溶溶中用NaClO氧化，可制得堿性鎳鎘電池電極材料--NiOOH．該反應的離子方程式是：2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=2NiOOH+Cl^-+H₂O，
故答案為：2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=2NiOOH+Cl^-+H₂O．

點評：本題考查了金屬回收的基本方法、難溶電解質的溶解與沉淀應用、沉淀轉化的條件，鋁、鐵、鎳元素化合物的化學性質，離子的沉淀PH范圍，物質的分離、提純的方法，實驗基本操作等．題目難度中等．