Question

7．有机反应中常用镍作催化剂，某化工厂收集的镍催化剂中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余为SiO₂和有机物．这些含镍废催化剂经乙醇洗涤后可按下列工艺流程回收镍：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
pH	5.2	3.2	9.7	9.2

请回答下列问题：
（1）滤液A中存在的阴离子主要是AlO₂^-、SiO₃^2-、OH^-．
（2）硫酸浸取滤渣a后，所得滤液B中可能含有的金属离子是Fe²⁺、Ni²⁺．
（3）滤液B中加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于分离．操作X的名称是蒸发浓缩、冷却结晶．
（4）含镍金属氢化物MH-Ni燃料电池是一种绿色环保电池，广泛应用于电动汽车．其中M代表储氢合金，MH代表金属氢化物，电解质溶液可以是KOH水溶液．它的充、放电反应为：xNi（OH）₂+M$?_{放电}^{充电}$MH_x+xNiOOH，电池充电过程中阳极的电极反应式为Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O，放电时负极的电极反应式为MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O．

Answer 1

分析 镍催化剂中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余为SiO₂和有机物，废催化剂中加入碱液，Al、SiO₂分别和碱液发生反应2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，然后过滤，滤液A中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，
其余为滤渣a，滤渣a中加入硫酸，金属Fe变为Fe²⁺，Ni变为Ni²⁺，过滤后，其余为滤渣b，滤液B中含有FeSO₄、NiSO₄，向滤液B中加入双氧水的目的是把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，以便与调节pH使其生成沉淀除去，即溶液C中含有Fe³⁺、Ni²⁺等，调节pH=6，得到沉淀为Fe（OH）₃，过滤得到滤渣c为Fe（OH）₃，得到滤液D为含有Ni²⁺的溶液，然后继续调节pH值，最后蒸发结晶即可得到目标产物，据此分析解答．

解答 解：镍催化剂中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余为SiO₂和有机物，废催化剂中加入碱液，Al、SiO₂分别和碱液发生反应2Al+2OH^-+2H₂O═2 AlO₂^-+3H₂↑、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，然后过滤，滤液A中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，
其余为滤渣a，滤渣a中加入硫酸，金属Fe变为Fe²⁺，Ni变为Ni²⁺，过滤后，其余为滤渣b，滤液B中含有FeSO₄、NiSO₄，向滤液B中加入双氧水的目的是把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，以便与调节pH使其生成沉淀除去，即溶液C中含有Fe³⁺、Ni²⁺等，调节pH=6，得到沉淀为Fe（OH）₃，过滤得到滤渣c为Fe（OH）₃，得到滤液D为含有Ni²⁺的溶液，然后继续调节pH值，最后蒸发结晶即可得到目标产物，
（1）通过以上分析知，Al、SiO₂分别和碱液反应生成偏铝酸盐、硅酸盐，且NaOH溶液过量，所以滤液A中存在的阴离子主要是AlO₂^-、SiO₃^2-、OH^-，故答案为：AlO₂^-、SiO₃^2-、OH^-；
（2）硫酸浸取滤渣a后，Ni、Fe都能和稀硫酸反应生成金属阳离子，所以所得滤液B中可能含有的金属离子是Fe²⁺、Ni²⁺，故答案为：Fe²⁺、Ni²⁺；
（3）滤液B中含有Fe²⁺、Ni²⁺，双氧水具有强氧化性，能氧化还原性离子，所以加入H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于分离；操作X的名称是蒸发浓缩、冷却结晶；
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于分离；蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）阳极电极反应方程式为：Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；放电为原电池，负极失去电子，发生氧化反应，电极反应方程式为：MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O，故答案为：Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O．

点评 本题以化学工艺流程为载体考查物质分离和提纯，涉及基本操作、物质性质、物质分离和提纯、原电池和电解池原理等知识点，明确流程图中各个过程发生的反应、基本操作方法及物质性质是解本题关键，题目难度中等．