Question

7．有機反應中常用鎳作催化劑，某化工廠收集的鎳催化劑中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余為SiO₂和有機物．這些含鎳廢催化劑經(jīng)乙醇洗滌后可按下列工藝流程回收鎳：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時的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

請回答下列問題：
（1）濾液A中存在的陰離子主要是AlO₂^-、SiO₃^2-、OH^-．
（2）硫酸浸取濾渣a后，所得濾液B中可能含有的金屬離子是Fe²⁺、Ni²⁺．
（3）濾液B中加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于分離．操作X的名稱是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．
（4）含鎳金屬氫化物MH-Ni燃料電池是一種綠色環(huán)保電池，廣泛應用于電動汽車．其中M代表儲氫合金，MH代表金屬氫化物，電解質(zhì)溶液可以是KOH水溶液．它的充、放電反應為：xNi（OH）₂+M$?_{放電}^{充電}$MH_x+xNiOOH，電池充電過程中陽極的電極反應式為Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O，放電時負極的電極反應式為MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O．

Answer 1

分析 鎳催化劑中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余為SiO₂和有機物，廢催化劑中加入堿液，Al、SiO₂分別和堿液發(fā)生反應2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，然后過濾，濾液A中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，
其余為濾渣a，濾渣a中加入硫酸，金屬Fe變?yōu)镕e²⁺，Ni變?yōu)镹i²⁺，過濾后，其余為濾渣b，濾液B中含有FeSO₄、NiSO₄，向濾液B中加入雙氧水的目的是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，以便與調(diào)節(jié)pH使其生成沉淀除去，即溶液C中含有Fe³⁺、Ni²⁺等，調(diào)節(jié)pH=6，得到沉淀為Fe（OH）₃，過濾得到濾渣c為Fe（OH）₃，得到濾液D為含有Ni²⁺的溶液，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)pH值，最后蒸發(fā)結(jié)晶即可得到目標產(chǎn)物，據(jù)此分析解答．

解答 解：鎳催化劑中含Ni 64.0%，Al 24.3%、Fe 1.4%，其余為SiO₂和有機物，廢催化劑中加入堿液，Al、SiO₂分別和堿液發(fā)生反應2Al+2OH^-+2H₂O═2 AlO₂^-+3H₂↑、SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，然后過濾，濾液A中含有NaAlO₂、Na₂SiO₃，
其余為濾渣a，濾渣a中加入硫酸，金屬Fe變?yōu)镕e²⁺，Ni變?yōu)镹i²⁺，過濾后，其余為濾渣b，濾液B中含有FeSO₄、NiSO₄，向濾液B中加入雙氧水的目的是把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，以便與調(diào)節(jié)pH使其生成沉淀除去，即溶液C中含有Fe³⁺、Ni²⁺等，調(diào)節(jié)pH=6，得到沉淀為Fe（OH）₃，過濾得到濾渣c為Fe（OH）₃，得到濾液D為含有Ni²⁺的溶液，然后繼續(xù)調(diào)節(jié)pH值，最后蒸發(fā)結(jié)晶即可得到目標產(chǎn)物，
（1）通過以上分析知，Al、SiO₂分別和堿液反應生成偏鋁酸鹽、硅酸鹽，且NaOH溶液過量，所以濾液A中存在的陰離子主要是AlO₂^-、SiO₃^2-、OH^-，故答案為：AlO₂^-、SiO₃^2-、OH^-；
（2）硫酸浸取濾渣a后，Ni、Fe都能和稀硫酸反應生成金屬陽離子，所以所得濾液B中可能含有的金屬離子是Fe²⁺、Ni²⁺，故答案為：Fe²⁺、Ni²⁺；
（3）濾液B中含有Fe²⁺、Ni²⁺，雙氧水具有強氧化性，能氧化還原性離子，所以加入H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于分離；操作X的名稱是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，有利于分離；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）陽極電極反應方程式為：Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；放電為原電池，負極失去電子，發(fā)生氧化反應，電極反應方程式為：MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O，故答案為：Ni（OH）₂+OH^--e^-=NiOOH+H₂O；MH_x+xOH^--xe^-=M⁺+xH₂O．

點評 本題以化學工藝流程為載體考查物質(zhì)分離和提純，涉及基本操作、物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)分離和提純、原電池和電解池原理等知識點，明確流程圖中各個過程發(fā)生的反應、基本操作方法及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關鍵，題目難度中等．