Question

镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成．由于电池使用后电极材料对环境有危害，某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺
②某温度下一些金属氢氧化物的K_ap及沉淀析出的理论pH如下表所示：

M（OH）n	Kap	pH
		开始沉淀	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

回答下列问题：
（1）根据上表数据判断步骤②依次析出沉淀Ⅱ______和沉淀Ⅲ______（填化学式），则pH₁______ pH₂（填填“＞”、“=”或“＜”），控制两种沉淀析出可利用______．
A．pH试纸B．石蕊指示剂　　C．pH计
（2）已知溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄?H₂O＞NiC₂O₄?2H₂O，则③的化学方程式是______．第③步反应后，过滤沉淀时需要的玻璃仪器有______．若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因______、______．
（3）④中阳极反应产生的气体E为______，验证该气体的试剂为______．
（4）试写出⑥的离子方程式______．

Answer 1

解：（1）根据金属氢氧化物的K_ap及沉淀析出的理论pH，结合流程图可知，先沉淀的是三价铁离子，随后沉淀的是三价铝离子，控制两种沉淀析出必须准确测定溶液PH，所以用PH计测定，
故答案为：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和流程中的变化可知沉淀为溶解度小的NiC₂O₄?2H₂O，所以根据转化关系写出化学方程式；在过滤装置中用到的玻璃仪器和注意问题，根据装置和操作步骤写出
NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl，
故答案为：NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl； 漏斗、玻璃棒、烧杯；玻璃棒划破滤纸、滤液超过滤纸边缘；
（3）D溶液时氯化钠溶液，电解反应方程式2NaCI+2H₂O2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，E气体为Cl₂，
故答案：Cl₂，淀粉碘化钾溶液；
（4）根据转化关系和Ni²⁺沉淀的PH推知，加入氢氧化钠的主要目的是把NiC₂O₄.2H₂O沉淀转化为Ni（OH）₂沉淀，为了使沉淀完全转化，加入的氢氧化钠溶液应过量，根据镍元素化合价变化，结合氧化还原反应的规律写出离子方程
2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-，；故答案：2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-；
分析：废旧镍电池电极材料由Ni（OH）₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成的，根据流程图，加入盐酸，其中碳粉不反应得到残渣．得到溶液A的推断，利用题中给的信息，NiCl₂易溶于水，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺，推知A中含有被盐酸溶解生成的Ni²⁺、Fe³⁺、AI³⁺三种离子；
（1）由题给条件，金属氢氧化物的K_ap及沉淀析出的理论pH，可知，在A溶液中加入NiO是为了调节溶液PH，使相应的铝离子、三价铁离子全部沉淀出，Ni²⁺在溶液B中．根据PH可以确定开始析出沉淀和全部沉淀的PH范围，先析出沉淀Ⅱ是Fe（OH）₃，沉淀PH范围是2.53～2.94，然后析出沉淀Ⅲ是Al（OH）₃，沉淀PH的范围3.43～4.19，
所以PH₁＜PH₂；控制两种沉淀析出必须准确测定PH值，所以应利用PH计测定；
（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为NiC₂O₄?2H₂O；所以③步的化学方程式为
NiCl₂+Na₂C₂O₄+2H₂O=NiC₂O₄.2H₂O↓+2NaCl，过滤 沉淀用到的玻璃仪器是玻璃棒、烧杯、漏斗；若过滤时发现滤液中有少量浑浊，原因可能是玻璃棒划破滤纸，或在向漏斗中加入需过滤的溶液时，液体超出了滤纸的边缘，从滤纸和漏斗之间流下；
（3）由流程图和以上分析可知，D溶液主要是氯化钠溶液，电解氯化钠溶液在阳极得到氯气，阴极得到氢气，所以E气体是CI₂，验证氯气的试剂应是淀粉碘化钾溶液，遇氯气变蓝；
（4）在B溶液中加入Na₂C₂O₄溶液生成了沉淀ⅠNiC₂O₄.2H₂O，沉淀中加入氢氧化钠溶液，根据Ni（OH）₂开始沉淀到全部沉淀的PH范围为7.60～9.75，加入过量氢氧化钠溶液能使沉淀NiC₂O₄.2H₂O转化为Ni（OH）₂，所以C为沉淀
Ni（OH）₂；根据流程图中的转化关系，沉淀C和氯气能生成Ni（OH）₃，镍元素化合价升高是被氯气氧化的结果，因此离子方程式为，2Ni（OH）₂+2OH^-+Cl₂=2Ni（OH）₃+2Cl^-；
点评：本题考查了金属回收的基本方法、难溶电解质的溶解与沉淀应用、沉淀转化的条件，铝、铁、镍元素化合物的化学性质，离子的沉淀PH范围，物质的分离、提纯的方法，实验基本操作等．