Question

（Ⅰ）某化学兴趣小组的同学得上用下图所示实验装置进行实验（图中a、b、c表示止水夹）．

（1）请利用上述装置设计一个简单的实验验证Cl^-和Br^-的还原性强弱．
①选择合理的装置连接：

 

→

 

→

 

（填字母编号）．
②选择所需的试剂：

 

（填字母编号）．
a．固体氯化钠    b．固体二氧化锰    c．浓硫酸
d．浓盐酸        e．稀盐酸          f．溴化钠溶液
③实验现象及结论：

 

．
（Ⅱ）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并制备NiSO₄?7H₂O晶体，设计实验流程如下：

已知：①NiSO₄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_SP及析出理论pH如下表所示：

M（OH）n	Ksp	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）根据上表数据判断操作2依次析出的沉淀I是

 

沉淀II是

 

（填化学式），pH₁

 

pH₂（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）操作1和操作2所用到的仪器除铁架台（带铁圈）、酒精灯、烧杯、玻璃棒外还需要的主要仪器为

 

．
（3）“调节pH为2-3”的目的是

 

；
（4）NiSO₄在强碱溶溶中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料--NiOOH．该反应的离子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（Ⅰ）验证Cl^-和Br^-的还原性强弱可根据反应Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂设计实验；
（Ⅱ）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；
（2）操作1和操作2是过滤操作，分离沉淀；
（3）依据图表数据分析，调节PH2-3蒸发结晶得到NiSO₄?7H₂O晶体，目的是得到较纯净的晶体；
（4）依据NiSO₄在强碱溶溶中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料--NiOOH，次氯酸钠被还原为氯离子，结合电荷守恒、原子守恒写出．

解答：解：（Ⅰ）①验证Cl^-和Br^-的还原性强弱可根据反应Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂设计实验，在A装置中制备氯气，生成的气体通入到装有溴化钠溶液的C中，最后剩余的氯气要用盛氢氧化钠溶液的装置E吸收多余的氯气，防止污染空气，合理的装置连接为A、C、E；
故答案为：A、C、E；
②试剂选择二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气，多余的氯气被氢氧化钠溶液吸收，试剂为bdf；
故答案为：bdf；
③依据实验设计，反应后生成黄绿色气体氯气，通入溴化钠溶液中，氯气氧化溴离子为单质溴，溶液变为橙色，证明氯气的氧化性大于氧化产物溴单质；如烧瓶中有黄绿色气体生成，试管中溶液由无色变为橙色，可证明氯气的氧化性强于溴，则Br^-的还原性强于Cl^-；
故答案为：烧瓶中有黄绿色气体生成，试管中溶液由无色变为橙色，可证明氯气的氧化性强于溴，则Br^-的还原性强于Cl^-；
（Ⅱ）（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，沉淀pH范围是2.53～2.94，随后沉淀的是三价铝离子，沉淀pH的范围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，故答案为：Fe（OH）₃；Al（OH）₃；＜；
（2）操作1和操作2所用到的仪器除铁架台（带铁圈）、酒精灯、烧杯、玻璃棒外还需要的主要仪器为漏斗，故答案为：漏斗；
（3））“调节pH为2-3”的目的是防止Ni²⁺水解，得到较纯净的晶体，故答案为：防止Ni²⁺水解；
（4）NiSO₄在强碱溶溶中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料--NiOOH．该反应的离子方程式是：2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=2NiOOH+Cl^-+H₂O，
故答案为：2Ni²⁺+ClO^-+4OH^-=2NiOOH+Cl^-+H₂O．

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．题目难度中等．