Question

【題目】某化學(xué)小組通過(guò)查閱資料，設(shè)計(jì)了如圖所示的方法以含鎳廢催化劑為原料來(lái)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(zhì)及氧化物，其他不溶雜質(zhì)（3.3%）

部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)的pH如表：

（1）溶液①中的陰離子有_________，“酸浸”時(shí)所加入的酸是____________（填化學(xué)式）。

（2）加入H2O2時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為________________________，操作b為調(diào)節(jié)溶液的pH，你認(rèn)為pH的調(diào)控范圍是___________________。

（3）產(chǎn)品晶體中混有少量綠礬（FeSO4·7H2O），其原因可能是_______________（寫出一點(diǎn)即可）。

稱取50克該產(chǎn)品晶體配成100mL溶液，取20mL該溶液用0.1mol/L的酸性KMnO4溶液滴定，消耗酸性KMnO4溶液10mL（Ni2+不被氧化），則該產(chǎn)品晶體的純度是___________。

（4）NiSO4·7H2O可用于制備鎳氫電池（NiMH），NiMH中的M表示儲(chǔ)氫金屬或合金。該電池在充電過(guò)程中總反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ni(OH)2+M=NiOOH+MH，則NiMH電池放電過(guò)程中正極電極反應(yīng)式________。

Answer 1

【答案】OH-、AlO2- H2SO4 H2O2 +2Fe2++2H+ =2Fe3+ + 2H2O 3.2~7.1 H2O2用量不足（或保溫時(shí)間不夠） 86.1% NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-

【解析】

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(guò)濾得到固體加入酸浸過(guò)濾加入過(guò)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(guò)濾后調(diào)節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過(guò)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌得到NiSO47H2O晶體；

（1）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)堿反應(yīng)溶解得到溶液含有偏鋁酸鹽，則溶液①中的陰離子有OH-、AlO2-；依據(jù)最后制備NiSO47H2O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進(jìn)行溶解；

（2）酸浸過(guò)濾加入過(guò)氧化氫的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，加入H2O2時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H2O2 +2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；依據(jù)圖表中沉淀需要的溶液PH，加入過(guò)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；

（3）含有綠礬晶體說(shuō)明在加入過(guò)氧化氫保溫過(guò)程中，過(guò)氧化氫未把亞鐵離子全部氧化；用高錳酸鉀溶液滴定亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)為：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算硫酸亞鐵雜質(zhì)的含量，進(jìn)而計(jì)算樣品中純度；

（4）該電池在充電過(guò)程中總反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ni(OH)2+M=NiOOH+MH，正極上NiOOH得電子生成Ni(OH)2。

（1）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%），溶液①為堿浸后過(guò)濾得到的溶液，鋁和氧化鋁都可以和強(qiáng)堿反應(yīng)溶解，得到溶液含有偏鋁酸鹽，則溶液①中的陰離子有OH-、AlO2-；依據(jù)最后制備NiSO47H2O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進(jìn)行溶解，

故答案為：OH-、AlO2-；H2SO4；

（2）酸浸過(guò)濾加入過(guò)氧化氫的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，加入H2O2時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為H2O2 +2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；依據(jù)圖表中沉淀需要的溶液PH，加入過(guò)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，

故答案為：H2O2 +2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；3.2~7.1；

（3）產(chǎn)品晶體中有時(shí)會(huì)混有少量綠礬(FeSO47H2O)，說(shuō)明在加入過(guò)氧化氫氧化劑氧化亞鐵離子時(shí)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；用高錳酸鉀溶液滴定亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，離子反應(yīng)為：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，則MnO4-~5Fe2+，則20mL 樣品溶液中n(FeSO4)= n(Fe2+)=5n(MnO4-)=5×0.1mol/L×0.01L=0.005mol，故100mL該樣品溶液中n(FeSO4)= 0.005mol×=0.025mol，則m(FeSO47H2O)= 0.025mol×278g/mol=6.95g，m(FeSO47H2O)+ m(NiSO47H2O)=50g，故NiSO47H2O的純度==86.1%，

故答案為：H2O2的用量不足(或H2O2失效)、保溫時(shí)間不足導(dǎo)致Fe2+未被完全氧化；86.1%；

（4）NiMH電池放電過(guò)程中，正極上NiOOH得電子生成Ni(OH)2，則正極的電極方程式為：NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH，

故答案為：NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-。