题目内容
【题目】硫酸镍(NiSO4)是一种重要的化工原料，广泛应用于电镀、医药、印染等工业。以含镍废催化剂(主要含Ni及少量的Al、Al2O3、Fe和其它不溶于酸、碱的杂质)为原料生产NiSO4·7H2O晶体的两种工艺流程如下：
流程一：
流程二：
已知：部分金属氢氧化物的Ksp近似值如下表所示：
化学式 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Al(OH)3 | Ni(OH)2 |
Ksp近似值 | 10－17 | 10－39 | 10－34 | 10－15 |
回答下列问题：
(1)流程一中所用酸A和流程二中所用酸X___________(填“相同”或“不相同”)；流程一中滤渣C和流程二中滤渣II___________(填“相同”或“不相同”)。流程二中滤渣I是___________。
(2)流程一中“碱浸”时发生反应的离子方程式为_________________、___________________。
(3)流程二中“净化除杂”包含了两步操作过程：第一步，加入氧化剂H2O2，发生反应的离子方程式是____________________________________________；第二步，调节溶液的pH。
(4)分析比较流程一中操作B和流程二中操作Y后，回答操作Y是___________、___________、过滤、洗涤、干燥，即得产物。
(5)由己知信息列式计算：常温下，Ni2＋完全沉淀时的pH值___________。
【答案】相同 不相同 其它不溶于酸、碱的杂质 2Al + 2OH- +2H2O=2AlO2- + 3H2↑ Al2O3 + 2OH- =2AlO2- + H2O 2Fe2++ H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O 蒸发浓缩 冷却结晶 9
【解析】
流程一：由流程可知，某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe和其它不溶于酸、碱的杂质，用NaOH碱浸时溶解Al和Al2O3，过滤得到固体是Ni、Fe和不溶于酸、碱的杂质，加入稀硫酸酸浸过滤，所得滤液主要含有Fe2+和Ni2+，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液pH使铁离子全部生成Fe(OH)3沉淀，镍离子不沉淀，过滤后调节溶液pH：2-3，以防止镍离子水解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到NiSO47H2O晶体；
流程二：某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其它不溶于酸、碱的杂质，工艺流程的目的是用含镍废催化剂制备NiSO47H2O晶体，分析工艺流程，将含Ni废催化剂用稀硫酸酸浸，则Ni、Al、Fe和Al2O3均溶于酸，得到Al3+、Fe2+和Ni2+，进行过滤操作，则不溶于酸的杂质被过滤出，滤液中主要含有Al3+、Fe2+和Ni2+，净化除杂主要除去Al3+、Fe2+，得到Ni2+的溶液，经过后续处理得到NiSO47H2O晶体，以此解答该题。
(1)由流程分析知：目标产物均为NiSO47H2O，则流程一中所用酸A和流程二中所用酸X均为稀硫酸；流程一中滤渣C为Fe(OH)3沉淀，而流程二中滤渣II为Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，则流程一中滤渣C和流程二中滤渣II不相同；流程二中滤渣I是其它不溶于酸、碱的杂质；
(2)流程一中“碱浸”时用NaOH溶液溶解Al和Al2O3，均生成NaAlO2，前者还有H2生成，发生反应的离子方程式为2Al + 2OH- +2H2O=2AlO2-+ 3H2↑、Al2O3 + 2OH-=2AlO2-+ H2O；
(3)流程二中“净化除杂”包含了两步操作过程：第一步，加入氧化剂H2O2，目的是氧化溶液中的Fe2+生成Fe3+，发生反应的离子方程式是2Fe2++ H2O2+2H+= 2Fe3++2H2O；
(4)流程二中从溶液中获得NiSO47H2O的操作Y是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，即得产物。
(5)由Ksp(Ni(OH)2)=c(Ni2+)×c2(OH-)=10－15，Ni2＋完全沉淀时c(Ni2+)＜1×10-5mol/L，则Ni2＋完全沉淀时的c(OH-)=
mol/L=1×10-5mol/L，此时溶液的pH=-lg
=9。
