Question

5．鎳是有機合成的重要催化劑．某化工廠有含鎳催化劑廢品（主要成分是鎳，雜質是鐵、鋁單質及其化合物，少量難溶性雜質）．某學習小組設計如下流程利用含鎳催化劑廢品制備硫酸鎳晶體：

幾種難溶堿開始沉淀和完全沉淀的pH：

沉淀物	開始沉淀	完全沉淀
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

回答下列問題：
（1）溶液①中含金屬元素的離子是AlO₂^-．
（2）用離子方程式表示加入雙氧水的目的2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．雙氧水可以用下列物質替代的是A．
A．氧氣           B．漂液          C．氯氣        D．硝酸
（3）操作b調節溶液范圍為3.2-7.1，其目的是除去Fe³⁺．
（4）操作a和c需要共同的玻璃儀器是玻璃棒．上述流程中，防止濃縮結晶過程中Ni²⁺水解的措施是調節溶液pH為2-3．
（5）如果加入雙氧水量不足或“保溫時間較短”，對實驗結果的影響是產品中混有綠礬．設計實驗證明產品中是否含“雜質”（不考慮硫酸鎳影響）：取少量樣品溶于蒸餾水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若溶液紫色褪去，則產品中含有Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）根據廢料成分知，堿和鋁、氧化鋁反應，溶液中含有偏鋁酸根離子；
（2）根據數據表知，應將亞鐵離子轉化成鐵離子除去，加入雙氧水氧化亞鐵離子生成鐵離子，不引入新雜質．用漂白液（主要成分次氯酸鈉）、氯氣、硝酸替代雙氧水會引入新雜質．用氧氣替代雙氧水；
（3）調節溶液pH使Fe³⁺完全沉淀，使Ni²⁺不沉淀；
（4）過濾、蒸發都需要用玻璃儀器：玻璃棒，氫氧化鎳難溶于水，在結晶過程中，硫酸鎳可能水解，保持溶液較強酸性，抑制鎳離子水解；
（5）如果加入雙氧水不足，或反應時間較短，亞鐵離子不能完全轉化成鐵離子，產品中會混有硫酸亞鐵晶體，檢驗Fe²⁺試劑可以是氯水，KSCN溶液、酸性高錳酸鉀溶液等．

解答 解：（1）堿和鋁、氧化鋁均能反應，溶液中含有的含有金屬的離子是偏鋁酸根離子，故答案為：AlO₂^-；
（2）亞鐵離子具有還原性，雙氧水具有氧化性，加入雙氧水是為了氧化亞鐵離子成為鐵離子，離子反應方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，漂白液（主要成分次氯酸鈉）、氯氣、硝酸替代雙氧水會引入新雜質，故此替代試劑為氧氣，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；A；
（3）由表格可知，氫氧化鐵的沉淀范圍為，2.7-3.2，鎳離子的沉淀范圍是7.1-9.2，調節pH在3.2-7.1的目的是除去鐵離子，但是不沉淀鎳離子，故答案為：除去Fe³⁺；
（4）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中均需使用的儀器為玻璃棒，鎳離子水解呈酸性，溶液始終保持溶液呈酸性可以抑制其水解，故答案為：玻璃棒；保持溶液呈酸性；
（5）如果加入雙氧水不足，或反應時間較短，亞鐵離子不能完全被氧化成鐵離子，產品中混有綠礬；亞鐵離子可以被氧化為鐵離子，加入氧化劑即可驗證，正確的方法是：取少量樣品溶于蒸餾水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若溶液紫色褪去，則產品中含有亞鐵離子，
故答案為：產品中混有綠礬；取少量樣品溶于蒸餾水，滴加酸性高錳酸鉀溶液，若溶液紫色褪去，則產品中含有亞鐵離子．

點評 本題考查物質的制備，涉及離子反應方程式書寫，氧化還原反應，離子的驗證等，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗能力的考查，題目難度不大．