Question

5．某化學小組通過查閱資料，設計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%）的單質及氧化物，其他不溶雜質（3.3%）．
部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時的pH如表：

沉淀物	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的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”時所加入的酸是H₂SO₄   （填化學式）．
（3）加入H₂O₂時發(fā)生反應的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O
（4）操作b為調節(jié)溶液的pH，你認為pH的調控范圍是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%）的單質及氧化物，其他不溶雜質（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，過濾后調節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，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%）的單質及氧化物，鋁和氧化鋁都可以和強酸強堿反應溶解得到溶液含有偏鋁酸鹽；操作a為過濾操作；
（2）依據最后制備NiSO₄•7H₂O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進行溶解；
（3）過氧化氫具有強氧化性，可與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應；
（4）依據氫氧化物沉淀的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%）的單質及氧化物，其他不溶雜質（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，過濾后調節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，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，鋁是兩性元素和強堿反應，氧化鋁是兩性氧化物和強堿反應，鎳單質和鐵及其氧化物不和堿反應達到除去鋁元素的目的；反應的兩種方程式為：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”時主要是溶解鎳金屬和鐵單質及其氧化物，依據制備 目的是得到NiSO₄•7H₂O，加入的酸不能引入新的雜質，所以需要加入硫酸進行酸浸，
故答案為：H₂SO₄；
（3）過氧化氫具有強氧化性，可與亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應，反應的離子方程式為2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）依據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應在3.2-7.1間，
故答案為：3.2≤PH＜7.1．

點評 本題考查了物質分離的實驗設計和方法應用，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除去雜質離子，得到較純凈的硫酸鎳溶液來制備硫酸鎳晶體，同時考查了除雜原則不能引入新的雜質，鋁及其化合物性質分析判斷，題目難度中等．