Question

某化工廠的含鎳廢催化劑主要含Ni，還含有Al、Al₂O₃、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶雜質（其他不溶雜質不與酸堿反應）。某校化學研究性學習小組設計了如下圖所示的方法，以該含鎳廢催化劑為原料來制備NiSO₄·7H₂O。

【查閱資料】

①Ni能與非氧化性酸反應生成Ni²⁺，不與堿液反應。

②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時pH如下：

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

回答下列問題：

（1）操作a為         。

（2）“堿浸”的目的是除去         （填化學式）。

（3）操作b為調節溶液的pH，你認為pH的最佳調控范圍是          。

（4）NiSO₄在強堿溶液中用次氯酸鈉氧化，可以制得堿性鎳氫電池電極材料NiOOH。

①寫出該反應的離子方程式                                 。

②已知堿性鎳氫電池總反應： H₂+2NiOOH2Ni（OH）₂ ，寫出該反應放電時正極反應式                                    。

（5）一般認為殘留在溶液中的離子濃度小于1.0×10^-5 mol·L^-1時，沉淀已經完全。請利用上表中數據估算Fe（OH）₂的溶度積                        。

 

Answer 1

【答案】

（1）過濾 （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】

試題分析：（1）捏Ni、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶雜質均不與堿反應，所以堿液浸后金屬鋁、氧化鋁溶解，其它物質不溶，過濾即可除去，所以操作a是過濾。

（2）“堿浸”的目的是除去含鎳廢催化劑Al、Al₂O₃。

（3）由于前面加入了氧化劑雙氧水，所以溶液中的亞鐵離子被氧化生成了鐵離子。根據表中數據可知，鐵離子完全沉淀時的pH值是3.2，而Ni^2＋開始沉淀時的pH值是7.0，因此操作b應該控制溶液的pH值為3.2≤pH＜7.0。

（4）①NiSO₄在強堿溶液中用次氯酸鈉氧化，可以制得堿性鎳氫電池電極材料NiOOH，在反應中氯元素的化合價從＋1價降低到－1價，得到2個電子。而Ni元素的化合價從＋2價升高到＋3價失去1個電子，所以還原劑硫酸鎳與氧化劑次氯酸鈉的物質的量之比是2:1，因此反應的離子方程式為2Ni^2＋+ClO^－+4OH^－＝2NiOOH+Cl^－+H₂O。

②原電池中負極失去電子，發生氧化反應。電子經導線傳遞到正極，所以正極得到電子，發生還原反應。根據方程式可知放電時氫氣是還原劑失去電子，NiOOH是氧化劑得到電子，做正極，因此正極電極反應式為NiOOH + H₂O + e^－ = Ni（OH）₂ + OH^－。

③根據表中數據可知，氫氧化亞鐵完全沉淀時的pH值是9.5，根據氫氧化亞鐵的溶度積常數表達式Ksp＝c（Fe^2＋）·c²（OH^－），氫氧化亞鐵的溶度積常數Ksp＝1.0×10^-5 mol·L^-1×（10^－4.5mol/L）²＝1.0×10^-14 mol³·L^-3。

考點：考查物質制備工藝流程的有關判斷、溶度積常數的有關計算與應用、氧化還原反應方程式的書寫以及電極反應式的書寫等