Question

【題目】某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)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NiSO47H2O。已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%）。

部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)的pH如下：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Ni（OH）2
pH	5.2	3.2	9.7	9.2

回答下列問題：

（1）操作a、c中需使用的儀器除鐵架臺(tái)（帶鐵圈）、酒精燈、燒杯、玻璃棒外還需要的主要儀器為___。

（2）“堿浸”過程中發(fā)生的離子方程式是___。

（3）“酸浸”時(shí)所加入的酸是___（填化學(xué)式）．酸浸后，經(jīng)操作a分離出固體①后，溶液中可能含有的金屬離子是___。

（4）操作b為調(diào)節(jié)溶液的pH，你認(rèn)為pH的最佳調(diào)控范圍是___。

（5）“調(diào)pH為2～3”的目的是___。

（6）產(chǎn)品晶體中有時(shí)會(huì)混有少量綠礬（FeSO47H2O），其原因可能是__ 、___。

Answer 1

【答案】漏斗、蒸發(fā)皿 2Al+2OH﹣+2H2O═2AlO2﹣+3H2↑、Al2O3+2OH﹣═2AlO2﹣+H2O H2SO4 Ni2+、Fe2+ 3.2﹣9.2 防止在濃縮結(jié)晶過程中Ni2+水解 H2O2的用量不足（或H2O2失效） 保溫時(shí)間不足導(dǎo)致Fe2+未被完全氧化造成的

【解析】

（1）操作a是過濾，需要使用過濾裝置，操作c是蒸發(fā)，需要使用蒸發(fā)裝置；對(duì)照兩個(gè)裝置與已知儀器，找出所缺儀器。

（2）“堿浸”過程中是為了除去鋁及其氧化物，不管是鋁還是氧化鋁，與堿液反應(yīng)都生成偏鋁酸鹽。

（3）“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NiSO47H2O，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。

（4）調(diào)節(jié)溶液pH時(shí)，要使鐵離子全部沉淀，但鎳離子不沉淀。

（5）蒸發(fā)濃縮時(shí)，要防止鎳離子水解，所以需要控制溶液pH在酸性范圍。

（6）產(chǎn)品晶體中有時(shí)會(huì)混有少量綠礬（FeSO47H2O），說明在加入氧化劑時(shí)未把亞鐵離子全部氧化。

（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NiSO47H2O；操作a、c中需使用的儀器除鐵架臺(tái)（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(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NiSO47H2O，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；Ni2+、Fe2+；

（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3.2﹣9.2間；故答案為：3.2﹣9.2；

（5）硫酸鎳溶液需要蒸發(fā)濃縮結(jié)晶析出，為防止鎳離子水解生成氫氧化鎳沉淀，需要控制溶液pH在酸性條件下；故答案為：防止在濃縮結(jié)晶過程中Ni2+水解；

（6）產(chǎn)品晶體中有時(shí)會(huì)混有少量綠礬（FeSO47H2O），說明在加入過氧化氫氧化劑氧化亞鐵離子時(shí)未把亞鐵離子全部氧化，氫氧化亞鐵沉淀的pH大于鎳離子沉淀的pH，保溫目的是把亞鐵離子完全氧化。故答案為：H2O2的用量不足（或H2O2失效）、保溫時(shí)間不足導(dǎo)致Fe2+未被完全氧化造成的。