Question

某化工廠的含鎳廢催化劑主要含Ni，還含有Al、Al₂O₃、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶雜質(zhì)（其他不溶雜質(zhì)不與酸堿反應(yīng)）。某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了如下圖所示的方法，以該含鎳廢催化劑為原料來制備NiSO₄·7H₂O。

【查閱資料】
①Ni能與非氧化性酸反應(yīng)生成Ni²⁺，不與堿液反應(yīng)。
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)pH如下：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
開始沉淀的pH	4.1	1.7	7.6	7.0
完全沉淀的pH	5.2	3.2	9.5	9.2

回答下列問題：
（1）操作a為        。
（2）“堿浸”的目的是除去        （填化學(xué)式）。
（3）操作b為調(diào)節(jié)溶液的pH，你認(rèn)為pH的最佳調(diào)控范圍是         。
（4）NiSO₄在強(qiáng)堿溶液中用次氯酸鈉氧化，可以制得堿性鎳氫電池電極材料NiOOH。
①寫出該反應(yīng)的離子方程式                                。
②已知堿性鎳氫電池總反應(yīng)： H₂+2NiOOH2Ni（OH）₂，寫出該反應(yīng)放電時(shí)正極反應(yīng)式                                   。
（5）一般認(rèn)為殘留在溶液中的離子濃度小于1.0×10^-5 mol·L^-1時(shí)，沉淀已經(jīng)完全。請(qǐng)利用上表中數(shù)據(jù)估算Fe（OH）₂的溶度積                       。

Answer 1

（1）過濾 （2分）  （2）Al、Al₂O₃（2分）  （3）3.2≤pH＜7.0 （2分）
（4）①2Ni^2＋+ClO^－+4OH^－＝2NiOOH+Cl^－+H₂O（3分） ②NiOOH + H₂O + e^－ = Ni（OH）₂ + OH^－ （3分）
（5）1.0×10^-14 mol³·L^-3（2分）

解析試題分析：（1）捏Ni、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶雜質(zhì)均不與堿反應(yīng)，所以堿液浸后金屬鋁、氧化鋁溶解，其它物質(zhì)不溶，過濾即可除去，所以操作a是過濾。
（2）“堿浸”的目的是除去含鎳廢催化劑Al、Al₂O₃。
（3）由于前面加入了氧化劑雙氧水，所以溶液中的亞鐵離子被氧化生成了鐵離子。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，鐵離子完全沉淀時(shí)的pH值是3.2，而Ni^2＋開始沉淀時(shí)的pH值是7.0，因此操作b應(yīng)該控制溶液的pH值為3.2≤pH＜7.0。
（4）①NiSO₄在強(qiáng)堿溶液中用次氯酸鈉氧化，可以制得堿性鎳氫電池電極材料NiOOH，在反應(yīng)中氯元素的化合價(jià)從＋1價(jià)降低到－1價(jià)，得到2個(gè)電子。而Ni元素的化合價(jià)從＋2價(jià)升高到＋3價(jià)失去1個(gè)電子，所以還原劑硫酸鎳與氧化劑次氯酸鈉的物質(zhì)的量之比是2:1，因此反應(yīng)的離子方程式為2Ni^2＋+ClO^－+4OH^－＝2NiOOH+Cl^－+H₂O。
②原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)方程式可知放電時(shí)氫氣是還原劑失去電子，NiOOH是氧化劑得到電子，做正極，因此正極電極反應(yīng)式為NiOOH + H₂O + e^－ = Ni（OH）₂ + OH^－。
③根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，氫氧化亞鐵完全沉淀時(shí)的pH值是9.5，根據(jù)氫氧化亞鐵的溶度積常數(shù)表達(dá)式Ksp＝c（Fe^2＋）·c²（OH^－），氫氧化亞鐵的溶度積常數(shù)Ksp＝1.0×10^-5 mol·L^-1×（10^－4.5mol/L）²＝1.0×10^-14 mol³·L^-3。
考點(diǎn)：考查物質(zhì)制備工藝流程的有關(guān)判斷、溶度積常數(shù)的有關(guān)計(jì)算與應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)方程式的書寫以及電極反應(yīng)式的書寫等