Question

11．鎳是有機(jī)合成的重要催化劑．某化工廠有含鎳催化劑廢品（主要成分是鎳，雜質(zhì)是鐵、鋁單質(zhì)及其化合物，少量難溶性雜質(zhì)）．某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)如圖流程利用含鎳催化劑廢品制備硫酸鎳晶體：
幾種難溶堿開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
開(kāi)始沉淀	3.8	2.7	7.6	7.1
完全沉淀	5.2	3.2	9.7	9.2

回答下列問(wèn)題：
（1）溶液①中含有金屬的離子是AlO₂^-．
（2）用離子方程式表示加入雙氧水的目的2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（3）操作b調(diào)節(jié)溶液范圍為3.2～7.1，其目的是除去Fe³⁺，固體②的化學(xué)式為Fe（OH）₃．
（4）操作a和c需要共同的玻璃儀器是玻璃棒．上述流程中，防止?jié)饪s結(jié)晶過(guò)程中Ni²⁺水解的措施是硫酸過(guò)量．
（5）如果加入雙氧水量不足或“保溫時(shí)間較短”，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是產(chǎn)品中混有綠礬．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明產(chǎn)品中是否含“雜質(zhì)”：取少量樣品溶于蒸餾水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若溶液紫色褪去，則產(chǎn)品中含有亞鐵離子．（不考慮硫酸鎳影響）
（6）取2.000g硫酸鎳晶體樣品溶于蒸餾水，用0.2000mol•L^-1的EDTA（Na₂H₂Y）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液為34.50mL．反應(yīng)為Ni²⁺+H₂Y^2?=NiY^2?+2H^．計(jì)算樣品純度為97.0%．（已知，NiSO₄•7H₂O相對(duì)分子質(zhì)量為281，不考慮雜質(zhì)反應(yīng)）．

Answer 1

分析 流程分析，某化工廠有含鎳催化劑廢品（主要成分是鎳，雜質(zhì)是鐵、鋁單質(zhì)及其化合物，少量難溶性雜質(zhì)），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）根據(jù)廢料成分知，堿和鋁、氧化鋁反應(yīng)，溶液中含有偏鋁酸根離子；
（2）根據(jù)數(shù)據(jù)表知，應(yīng)將亞鐵離子轉(zhuǎn)化成鐵離子除去，加入雙氧水氧化亞鐵離子生成鐵離子，不引入新雜質(zhì)；
（3）調(diào)節(jié)溶液pH使Fe³⁺完全沉淀，使Ni²⁺不沉淀，分離出固體是氫氧化鐵；
（4）過(guò)濾、蒸發(fā)都需要用玻璃儀器：玻璃棒，氫氧化鎳難溶于水，在結(jié)晶過(guò)程中，硫酸鎳可能水解，保持溶液較強(qiáng)酸性，抑制鎳離子水解；
（5）如果加入雙氧水不足，或反應(yīng)時(shí)間較短，亞鐵離子不能完全轉(zhuǎn)化成鐵離子，產(chǎn)品中會(huì)混有硫酸亞鐵晶體，檢驗(yàn)Fe²⁺試劑可以是氯水，KSCN溶液、酸性高錳酸鉀溶液等；
（6）依據(jù)離子反應(yīng)方程式：Ni²⁺+H₂Y₂^-=NiY₂^-+2H⁺．列出關(guān)系式計(jì)算即可．

解答 解：流程分析，某化工廠有含鎳催化劑廢品（主要成分是鎳，雜質(zhì)是鐵、鋁單質(zhì)及其化合物，少量難溶性雜質(zhì)），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）堿和鋁、氧化鋁均能反應(yīng)，溶液中含有的含有金屬的離子是偏鋁酸根離子，
故答案為：AlO₂^-；
（2）亞鐵離子具有還原性，雙氧水具有氧化性，加入雙氧水是為了氧化亞鐵離子成為鐵離子，離子反應(yīng)方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由表格可知，氫氧化鐵的沉淀范圍為，2.7-3.2，鎳離子的沉淀范圍是7.1-9.2，調(diào)節(jié)pH在3.2-7.1的目的是除去鐵離子，但是不沉淀鎳離子，由（2）可知：操作b調(diào)節(jié)溶液范圍為3.2-7.1，那么此時(shí)得到的沉淀是氫氧化鐵，
故答案為：除去Fe³⁺； Fe（OH）₃；
（4）操作a是過(guò)濾得到固體和濾液，c是蒸發(fā)濃縮得到晶體過(guò)濾得到NiSO₄•7H₂O，操作a、c中均需使用的儀器為玻璃棒，鎳離子水解呈酸性，溶液始終保持酸性可以抑制其水解，所以要硫酸過(guò)量，
故答案為：玻璃棒；硫酸過(guò)量；
（5）如果加入雙氧水不足，或反應(yīng)時(shí)間較短，亞鐵離子不能完全被氧化成鐵離子，產(chǎn)品中混有綠礬；亞鐵離子可以被氧化為鐵離子，加入氧化劑即可驗(yàn)證，正確的方法是：取少量樣品溶于蒸餾水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若溶液紫色褪去，則產(chǎn)品中含有亞鐵離子，
故答案為：產(chǎn)品中混有綠礬；取少量樣品溶于蒸餾水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若溶液紫色褪去，則產(chǎn)品中含有亞鐵離子；
（6）n（Na₂H₂Y）=0.2mol/L×34.5×10-3L=6.9×10^-3mol，根據(jù)滴定反應(yīng)式知，m（NiSO₄•7H₂O）=6.9×10^-3mol×281g/L=1.94g，ω（NiSO₄•7H₂O）=$\frac{1.9400g}{2.0000g}$×100%=97.0%，
故答案為：97.0%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的是無(wú)機(jī)物制備流程，涉及離子反應(yīng)方程式書寫，氧化還原反應(yīng)，離子的驗(yàn)證等，本題綜合性較強(qiáng)，難度較大．