Question

8．某化学小组通过査阅资料，设计了如图所示的方法以含镍催化剂为原料来制备NiSO₄•7H₂0．已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）．

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如下：

沉淀物	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的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）“碱浸”时反应的离子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（2）“酸浸”时所加入的酸是H₂SO₄（填化学式）．
（3）加入H₂O₂时发生反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的调控范围是3.2-7.1．
（5）NiS0₄•7H₂0可用于制备镍氢电池（NiMH），镍氢电池目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型．NiMH中的M表示储氢金属或合金．该电池在充电过程中总反应的化学方程式是Ni（OH）₂+M═NiOOH+MH，则NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

Answer 1

分析 由流程可知，某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%），原料中加入碱溶液，铝元素溶解，碱浸后过滤得到固体中应含有镍、铁的化合物，酸浸后过滤，滤液中含有亚铁离子、铁离子、镍离子，加入过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子生成氢氧化铁沉淀，镍离子不沉淀，再过滤后，调节滤液PH值为2-3防止镍离子水解，得硫酸镍溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到NiSO₄•7H₂O晶体，
（1）含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）的单质及氧化物，铝和氧化铝都可以和强碱反应溶解得到溶液含有偏铝酸盐；
（2）依据最后制备NiSO₄•7H₂O，防止引入其他杂志离子需要加入硫酸进行溶解；铁及其化合物、镍和硫酸反应生成亚铁离子、铁离子和镍离子；
（3）加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，铁离子易转化为沉淀除去；
（4）依据氢氧化物沉淀的PH分析判断，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子后，调节溶液pH使铁离子全部沉淀，镍离子不沉淀得到较纯净的硫酸镍溶液；
（5）正极上NiOOH得电子生成Ni（OH）₂．

解答 解：由流程可知，某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%），原料中加入碱溶液，铝元素溶解，碱浸后过滤得到固体中应含有镍、铁的化合物，酸浸后过滤，滤液中含有亚铁离子、铁离子、镍离子，加入过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子，调节溶液PH使铁离子生成氢氧化铁沉淀，镍离子不沉淀，再过滤后，调节滤液PH值为2-3防止镍离子水解，得硫酸镍溶液，通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到NiSO₄•7H₂O晶体，
（1）“碱浸”过程中是为了除去铝及其氧化物，铝是两性元素和强碱反应，氧化铝是两性氧化物和强碱反应，镍单质和铁及其氧化物不和碱反应达到除去铝元素的目的；反应的两种方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂O，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（2））“酸浸”时主要是溶解镍金属和铁单质及其氧化物，依据制备目的是得到NiSO₄•7H₂O，加入的酸不能引入新的杂质，所以需要加入硫酸进行酸浸；镍、铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸镍溶液，则酸浸后，经操作a分离出固体①后，溶液中可能含有的金属离子是Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺；
故答案为：H₂SO₄；
（3）铁离子易转化为沉淀除去，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，其反应的离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）依据图表中沉淀需要的溶液pH，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子后，调节溶液pH使铁离子全部沉淀，镍离子不沉淀得到较纯净的硫酸镍溶液，pH应在3.2-7.1间，
故答案为：3.2-7.1；
（5）NiMH电池放电过程中，正极上NiOOH得电子生成Ni（OH）₂，则正极的电极方程式为：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-，
故答案为：NiOOH+H₂O+e^-=Ni（OH）₂+OH^-．

点评 本题考查了物质分离的实验设计和方法应用、溶度积常数的有关计算，主要是利用溶液不同PH条件下离子沉淀的情况不同，控制溶液PH除去杂质离子，得到较纯净的硫酸镍溶液来制备硫酸镍晶体，同时考查了除杂原则不能引入新的杂质，铝及其化合物性质分析判断，题目难度中等．