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、蒸發皿．
（2）“堿浸”過程中發生反應的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（3）“酸浸”時所加入的酸是H₂SO₄（填化學式）．
（4）操作b為調節溶液的pH，你認為pH的調控范圍是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，過濾后調節溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體；
（1）依據流程圖分析判斷，操作a是過濾得到固體和濾液，c是蒸發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；
（3）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；鐵及其化合物、鎳和硫酸反應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，和過量鹽酸反應生成氯化鋁；
②根據題意結合原子守恒、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濃縮溶液需要的蒸發皿，
故答案為：漏斗、蒸發皿；
（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，
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；鎳、鐵和稀硫酸反應生成硫酸亞鐵、硫酸鎳溶液，
故答案為：H₂SO₄；
（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：3.2-7.1；
（5）①過濾a得到濾液a為偏鋁酸鈉溶液，和過量鹽酸反應生成氯化鋁，反應的離子方程式為：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，根據題意結合原子守恒、電荷守恒可得生成[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]²⁺，反應的離子方程式為：13Al³⁺+OH^-+H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺，
故答案為：13Al³⁺+32OH^-+8H₂O=[AlO₄Al₁₂（OH）₂₄（H₂O）₁₂]⁷⁺．

點評 本題考查了物質分離的實驗設計和方法應用，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．