Question

某化工厂的含镍废催化剂主要含Ni，还含有Al、Al₂O₃、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶杂质（其他不溶杂质不与酸碱反应）。某校化学研究性学习小组设计了如下图所示的方法，以该含镍废催化剂为原料来制备NiSO₄·7H₂O。

【查阅资料】
①Ni能与非氧化性酸反应生成Ni²⁺，不与碱液反应。
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时pH如下：

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

回答下列问题：
（1）操作a为        。
（2）“碱浸”的目的是除去        （填化学式）。
（3）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的最佳调控范围是         。
（4）NiSO₄在强碱溶液中用次氯酸钠氧化，可以制得碱性镍氢电池电极材料NiOOH。
①写出该反应的离子方程式                                。
②已知碱性镍氢电池总反应： H₂+2NiOOH2Ni（OH）₂，写出该反应放电时正极反应式                                   。
（5）一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10^-5 mol·L^-1时，沉淀已经完全。请利用上表中数据估算Fe（OH）₂的溶度积                       。

Answer 1

（1）过滤 （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）

解析试题分析：（1）捏Ni、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶杂质均不与碱反应，所以碱液浸后金属铝、氧化铝溶解，其它物质不溶，过滤即可除去，所以操作a是过滤。
（2）“碱浸”的目的是除去含镍废催化剂Al、Al₂O₃。
（3）由于前面加入了氧化剂双氧水，所以溶液中的亚铁离子被氧化生成了铁离子。根据表中数据可知，铁离子完全沉淀时的pH值是3.2，而Ni^2＋开始沉淀时的pH值是7.0，因此操作b应该控制溶液的pH值为3.2≤pH＜7.0。
（4）①NiSO₄在强碱溶液中用次氯酸钠氧化，可以制得碱性镍氢电池电极材料NiOOH，在反应中氯元素的化合价从＋1价降低到－1价，得到2个电子。而Ni元素的化合价从＋2价升高到＋3价失去1个电子，所以还原剂硫酸镍与氧化剂次氯酸钠的物质的量之比是2:1，因此反应的离子方程式为2Ni^2＋+ClO^－+4OH^－＝2NiOOH+Cl^－+H₂O。
②原电池中负极失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以正极得到电子，发生还原反应。根据方程式可知放电时氢气是还原剂失去电子，NiOOH是氧化剂得到电子，做正极，因此正极电极反应式为NiOOH + H₂O + e^－ = Ni（OH）₂ + OH^－。
③根据表中数据可知，氢氧化亚铁完全沉淀时的pH值是9.5，根据氢氧化亚铁的溶度积常数表达式Ksp＝c（Fe^2＋）·c²（OH^－），氢氧化亚铁的溶度积常数Ksp＝1.0×10^-5 mol·L^-1×（10^－4.5mol/L）²＝1.0×10^-14 mol³·L^-3。
考点：考查物质制备工艺流程的有关判断、溶度积常数的有关计算与应用、氧化还原反应方程式的书写以及电极反应式的书写等