Question

6．NiSO₄是一種重要的化工原料，大量用于電鍍、觸媒和紡織品染色等．某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組通過查閱資料，設(shè)計(jì)了如下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催化劑主要含有Ni，還含有Al、Fe的單質(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)．

部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時的pH如下：

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）操作a、c中需使用的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、酒精燈、漏斗、玻璃棒外還需要的主要儀器為蒸發(fā)皿．
（2）“堿浸”過程中發(fā)生的離子方程式是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O．
（3）“酸浸”時所加入的酸是H₂SO₄（填化學(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Ni²⁺、Fe²⁺．
（4）在40℃左右，用6%的H₂O₂能氧化Fe²⁺此外，還常用NaClO₃作氧化劑，在較小的pH條件下水解，最終生成一種淺黃色的黃鐵礬鈉[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀而把鐵除去．圖是溫度-pH值與生成的沉淀關(guān)系圖，圖中陰影部分是黃鐵礬鈉穩(wěn)定存在的區(qū)域（已知25℃時，F(xiàn)e（OH）₃的Ksp=2.64×10^-39）．下列說法正確的是CD（選填序號）．

A．FeOOH中鐵為+2價
B．若在25℃時，用H₂O₂氧化Fe²⁺，再在pH=4時除去鐵，此時溶液中c（Fe³⁺）=2.64×10^-29
C．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O
D．工業(yè)生產(chǎn)中溫度常保持在85～95℃生成黃鐵礬鈉，此時水體的pH約為1.2～1.8
（5）操作b調(diào)節(jié)pH的范圍為3.2-7.1．
（6）產(chǎn)品晶體中有時會混有少量綠礬（FeSO₄•7H₂O），其原因可能是H₂O₂的用量不足（或H₂O₂失效）、保溫時間不足導(dǎo)致Fe²⁺未被完全氧化造成的．

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(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)（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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體；
（1）依據(jù)流程圖分析判斷，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NiSO₄•7H₂O；
（2）含鎳催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）的單質(zhì)及氧化物，鋁和氧化鋁都可以和強(qiáng)酸強(qiáng)堿反應(yīng)溶解得到溶液含有偏鋁酸鹽；
（3）依據(jù)最后制備NiSO₄•7H₂O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進(jìn)行溶解；鐵及其化合物、鎳和硫酸反應(yīng)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）A．根據(jù)化合價的代數(shù)和為零分析；
B．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，根據(jù)Ksp計(jì)算鐵離子的濃度；
C．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺生成鐵離子和氯離子；
D．根據(jù)圖象判斷生成黃鐵礬鈉的條件；
（5）依據(jù)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(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；
（6）含有綠礬晶體說明在加入過氧化氫保溫過程中，過氧化氫未把亞鐵離子全部氧化．

解答 解：（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(fā)濃縮溶液需要的蒸發(fā)皿，
故答案為：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NiSO₄•7H₂O，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）A．FeOOH中O為-2價，H為+1價，則鐵為+3價，故a錯誤；
B．pH=4，c（OH^-）=1×10^-10 mol•L^-1，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），則c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.64×10{\;}^{-39}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$=2.64×10^-9 mol/L，故b錯誤；
C．用氯酸鈉在酸性條件下氧化Fe²⁺生成鐵離子和氯離子，其反應(yīng)的離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故c正確；
D．由圖象判斷可知生成黃鐵礬鈉的條件為：溫度為85～95℃，水體的pH為1.2～1.8，故d正確；
故答案為：CD；
（5）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3.2-7.1間，
故答案為：3.2-7.1；
（6）產(chǎn)品晶體中有時會混有少量綠礬（FeSO₄•7H₂O），說明在加入過氧化氫氧化劑氧化亞鐵離子時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）、保溫時間不足導(dǎo)致Fe²⁺未被完全氧化造成的．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法應(yīng)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(zhì)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(zhì)，鋁及其化合物性質(zhì)分析判斷，題目難度中等．