Question

5．某化學(xué)小組通過(guò)查閱資料，設(shè)計(jì)了如圖所示的方法以含鎳廢催化劑為原料來(lái)制備NiSO₄•7H₂O．已知某化工廠的含鎳廢催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）、Fe（1.3%）的單質(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)（3.3%）．
部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)的pH如表：

沉淀物	開始沉淀時(shí)的pH	完全沉淀時(shí)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）“堿浸”過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O
操作a中需要的玻璃儀器燒杯、漏斗、玻璃棒
（2）“酸浸”時(shí)所加入的酸是H₂SO₄   （填化學(xué)式）．
（3）加入H₂O₂時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O
（4）操作b為調(diào)節(jié)溶液的pH，你認(rèn)為pH的調(diào)控范圍是3.2≤PH＜7.1．

Answer 1

分析 化工廠的含鎳催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）、Fe（1.3%）的單質(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)（3.3%）．堿浸過(guò)濾得到固體加入酸浸過(guò)濾加入過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀，鎳離子不沉淀，過(guò)濾后調(diào)節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體，
（1）含鎳催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）的單質(zhì)及氧化物，鋁和氧化鋁都可以和強(qiáng)酸強(qiáng)堿反應(yīng)溶解得到溶液含有偏鋁酸鹽；操作a為過(guò)濾操作；
（2）依據(jù)最后制備NiSO₄•7H₂O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進(jìn)行溶解；
（3）過(guò)氧化氫具有強(qiáng)氧化性，可與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（4）依據(jù)氫氧化物沉淀的PH分析判斷，加入過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子后，調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子全部沉淀，鎳離子不沉淀得到較純凈的硫酸鎳溶液．

解答 解：化工廠的含鎳催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）、Fe（1.3%）的單質(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)（3.3%）．堿浸過(guò)濾得到固體加入酸浸過(guò)濾加入過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀，鎳離子不沉淀，過(guò)濾后調(diào)節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體，
（1））“堿浸”過(guò)程中是為了除去鋁及其氧化物，鋁是兩性元素和強(qiáng)堿反應(yīng)，氧化鋁是兩性氧化物和強(qiáng)堿反應(yīng)，鎳單質(zhì)和鐵及其氧化物不和堿反應(yīng)達(dá)到除去鋁元素的目的；反應(yīng)的兩種方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O，操作a為過(guò)濾操作，用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O；燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）“酸浸”時(shí)主要是溶解鎳金屬和鐵單質(zhì)及其氧化物，依據(jù)制備 目的是得到NiSO₄•7H₂O，加入的酸不能引入新的雜質(zhì)，所以需要加入硫酸進(jìn)行酸浸，
故答案為：H₂SO₄；
（3）過(guò)氧化氫具有強(qiáng)氧化性，可與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）依據(jù)圖表中沉淀需要的溶液pH，加入過(guò)氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子后，調(diào)節(jié)溶液pH使鐵離子全部沉淀，鎳離子不沉淀得到較純凈的硫酸鎳溶液，pH應(yīng)在3.2-7.1間，
故答案為：3.2≤PH＜7.1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法應(yīng)用，為高考常見題型，主要是利用溶液不同PH條件下離子沉淀的情況不同，控制溶液PH除去雜質(zhì)離子，得到較純凈的硫酸鎳溶液來(lái)制備硫酸鎳晶體，同時(shí)考查了除雜原則不能引入新的雜質(zhì)，鋁及其化合物性質(zhì)分析判斷，題目難度中等．