Question

5．某化学小组通过查阅资料，设计了如图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO₄•7H₂O．已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）．
部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如表：

沉淀物	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Al（OH）3	3.8	5.2
Fe（OH）3	2.7	3.2
Fe（OH）2	7.6	9.7
Ni（OH）2	7.1	9.2

（1）“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O
操作a中需要的玻璃仪器烧杯、漏斗、玻璃棒
（2）“酸浸”时所加入的酸是H₂SO₄   （填化学式）．
（3）加入H₂O₂时发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O
（4）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的调控范围是3.2≤PH＜7.1．

Answer 1

分析 化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）．碱浸过滤得到固体加入酸浸过滤加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子和铝离子全部沉淀，镍离子不沉淀，过滤后调节溶液PH2-3防止镍离子水解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到NiSO₄•7H₂O晶体，
（1）含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）的单质及氧化物，铝和氧化铝都可以和强酸强碱反应溶解得到溶液含有偏铝酸盐；操作a为过滤操作；
（2）依据最后制备NiSO₄•7H₂O，防止引入其他杂志离子需要加入硫酸进行溶解；
（3）过氧化氢具有强氧化性，可与亚铁离子发生氧化还原反应；
（4）依据氢氧化物沉淀的PH分析判断，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子后，调节溶液pH使铁离子全部沉淀，镍离子不沉淀得到较纯净的硫酸镍溶液．

解答 解：化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）．碱浸过滤得到固体加入酸浸过滤加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH使铁离子和铝离子全部沉淀，镍离子不沉淀，过滤后调节溶液PH2-3防止镍离子水解，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到NiSO₄•7H₂O晶体，
（1））“碱浸”过程中是为了除去铝及其氧化物，铝是两性元素和强碱反应，氧化铝是两性氧化物和强碱反应，镍单质和铁及其氧化物不和碱反应达到除去铝元素的目的；反应的两种方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O，操作a为过滤操作，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O；烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）“酸浸”时主要是溶解镍金属和铁单质及其氧化物，依据制备 目的是得到NiSO₄•7H₂O，加入的酸不能引入新的杂质，所以需要加入硫酸进行酸浸，
故答案为：H₂SO₄；
（3）过氧化氢具有强氧化性，可与亚铁离子发生氧化还原反应，反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）依据图表中沉淀需要的溶液pH，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子后，调节溶液pH使铁离子全部沉淀，镍离子不沉淀得到较纯净的硫酸镍溶液，pH应在3.2-7.1间，
故答案为：3.2≤PH＜7.1．

点评 本题考查了物质分离的实验设计和方法应用，为高考常见题型，主要是利用溶液不同PH条件下离子沉淀的情况不同，控制溶液PH除去杂质离子，得到较纯净的硫酸镍溶液来制备硫酸镍晶体，同时考查了除杂原则不能引入新的杂质，铝及其化合物性质分析判断，题目难度中等．