Question

5．某化學(xué)小組通過查閱資料，設(shè)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(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的pH如下：

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）操作a、c中需使用的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、酒精燈、燒杯、玻璃棒外，還需要的主要儀器有漏斗、蒸發(fā)皿．
（2）“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^-+H₂O．
（3）“酸浸”時所加入的酸是H₂SO₄（填化學(xué)式）．
（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3.2-7.1．
（5）溶液a中加入鹽酸可制得AlCl₃溶液，AlCl₃溶液可用于制備聚合氯化鋁．聚合氯化鋁是一種新型凈水劑，其中鋁主要以[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺（用Al_b表示）的形式存在．
①寫出用溶液a與鹽酸反應(yīng)制備AlCl₃的離子方程式：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O．
②一定條件下，向1.0mol•L^-1的AlCl₃溶液中加入0.6mol•L^-1的NaOH溶液，可制得Al_b含量約為86%的聚合氯化鋁溶液．寫出生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的離子方程式：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺．

Answer 1

分析 由流程可知，某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）依據(jù)流程圖分析判斷，操作a是過濾得到固體和濾液，c是蒸發(fā)濃縮得到晶體過濾得到NiSO₄•7H₂O；
（2）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；
（3）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；鐵及其化合物、鎳和硫酸反應(yīng)生成亞鐵離子和鎳離子，過濾后得到溶液為硫酸亞鐵和硫酸鎳溶液；
（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；
（5）①過濾a得到濾液a為偏鋁酸鈉溶液，和過量鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁；
②根據(jù)題意結(jié)合原子守恒、電荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺的離子方程式．

解答 解：（1）操作a是過濾得到固體和濾液，c是蒸發(fā)濃縮得到晶體過濾得到NiSO₄•7H₂O；，操作a、c中需使用的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、酒精燈、燒杯、玻璃棒外還需要的主要儀器為過濾裝置中的漏斗和蒸發(fā)濃縮溶液需要的蒸發(fā)皿，
故答案為：漏斗、蒸發(fā)皿；
（2）“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，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O；
（3））“酸浸”時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；鎳、鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵、硫酸鎳溶液，
故答案為：H₂SO₄；
（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：3.2-7.1；
（5）①過濾a得到濾液a為偏鋁酸鈉溶液，和過量鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁，反應(yīng)的離子方程式為：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O，故答案為：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O；
②向1.0mo!•L^-1 AlCl₃溶液中加入0.6mol•L^-1的NaOH溶液，可制得Al_b含量約為86%的聚合氯化鋁溶液，根據(jù)題意結(jié)合原子守恒、電荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]²⁺，反應(yīng)的離子方程式為：13Al³⁺+OH^-+H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，
故答案為：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離的實驗設(shè)計和方法應(yīng)用，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．