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)晶過程中Ni²⁺水解的措施是硫酸過量．
（5）如果加入雙氧水量不足或“保溫時(shí)間較短”，對實(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)），堿浸過濾得到固體加入酸浸過濾加入過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，過濾后調(diào)節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到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)），堿浸過濾得到固體加入酸浸過濾加入過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，過濾后調(diào)節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到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是過濾得到固體和濾液，c是蒸發(fā)濃縮得到晶體過濾得到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，所以要硫酸過量，
故答案為：玻璃棒；硫酸過量；
（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 本題考查的是無機(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．