Question

鎳電池廣泛應用于混合動力汽車系統(tǒng)，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(huán)境有危害，某興趣小組對該電池電極材料進行資源回收研究，設計實驗流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，F(xiàn)e³⁺不能氧化Ni²⁺
②某溫度下一些金屬氫氧化物的K_ap及沉淀析出的理論pH如下表所示：

M（OH）n	Kap	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(jù)上表數(shù)據(jù)判斷步驟②依次析出沉淀Ⅱ

 

和沉淀Ⅲ

 

（填化學式），則pH₁

 

 pH₂（填填“＞”、“=”或“＜”），控制兩種沉淀析出可利用

 

．
A．pH試紙B．石蕊指示劑    C．pH計
（2）已知溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O，則③的化學方程式是

 

．第③步反應后，過濾沉淀時需要的玻璃儀器有

 

．若過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，從實驗操作的角度給出兩種可能的原因

 

、

 

．
（3）④中陽極反應產(chǎn)生的氣體E為

 

，驗證該氣體的試劑為

 

．
（4）試寫出⑥的離子方程式

 

．

Answer 1

分析：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(jù)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，F(xiàn)e³⁺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(jié)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(jù)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；控制兩種沉淀析出必須準確測定PH值，所以應利用PH計測定；
（2）流程中得到的B溶液中主要是Ni²⁺，加入Na₂C₂O₄溶液，生成了沉淀Ⅰ和D，已知溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O，所以生成的沉淀Ⅰ為NiC₂O₄?2H₂O；所以③步的化學方程式為
NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl，過濾 沉淀用到的玻璃儀器是玻璃棒、燒杯、漏斗；若過濾時發(fā)現(xiàn)濾液中有少量渾濁，原因可能是玻璃棒劃破濾紙，或在向漏斗中加入需過濾的溶液時，液體超出了濾紙的邊緣，從濾紙和漏斗之間流下；
（3）由流程圖和以上分析可知，D溶液主要是氯化鈉溶液，電解氯化鈉溶液在陽極得到氯氣，陰極得到氫氣，所以E氣體是CI₂，驗證氯氣的試劑應是淀粉碘化鉀溶液，遇氯氣變藍；
（4）在B溶液中加入Na₂C₂O₄溶液生成了沉淀ⅠNiC₂O₄.2H₂O，沉淀中加入氫氧化鈉溶液，根據(jù)Ni（OH）₂開始沉淀到全部沉淀的PH范圍為7.60～9.75，加入過量氫氧化鈉溶液能使沉淀NiC₂O₄.2H₂O轉化為Ni（OH）₂，所以C為沉淀
Ni（OH）₂；根據(jù)流程圖中的轉化關系，沉淀C和氯氣能生成Ni（OH）₃，鎳元素化合價升高是被氯氣氧化的結果，因此離子方程式為，2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-；

解答：解：（1）根據(jù)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，隨后沉淀的是三價鋁離子，控制兩種沉淀析出必須準確測定溶液PH，所以用PH計測定，
故答案為：沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，PH₁＜PH₂，C；
（2）由溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O和流程中的變化可知沉淀為溶解度小的NiC₂O₄?2H₂O，所以根據(jù)轉化關系寫出化學方程式；在過濾裝置中用到的玻璃儀器和注意問題，根據(jù)裝置和操作步驟寫出
NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl，
故答案為：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl； 漏斗、玻璃棒、燒杯；玻璃棒劃破濾紙、濾液超過濾紙邊緣；
（3）D溶液時氯化鈉溶液，電解反應方程式2NaCI+2H₂O

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，E氣體為Cl₂，
故答案：Cl₂，淀粉碘化鉀溶液；
（4）根據(jù)轉化關系和Ni²⁺沉淀的PH推知，加入氫氧化鈉的主要目的是把NiC₂O₄.2H₂O沉淀轉化為Ni（OH）₂沉淀，為了使沉淀完全轉化，加入的氫氧化鈉溶液應過量，根據(jù)鎳元素化合價變化，結合氧化還原反應的規(guī)律寫出離子方程
2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-，；故答案：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-；

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．