Question

5．某化學(xué)小組通過查閱資料，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）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））“堿浸”過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 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．