Question

12．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）．某學習小組設計如圖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．漂白液        C．氯氣        D．硝酸
（3）操作b調節(jié)溶液pH范圍為3.2≤pH＜7.1．
（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?jié)饪s結晶過程中Ni²⁺水解的措施是保持溶液呈酸性．
（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．操作c的名稱：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶．

Answer 1

分析 流程分析，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），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，過濾后調節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體，
（1）根據(jù)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(jù)數(shù)據(jù)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，所以用氧氣替代雙氧水；
（3）調節(jié)溶液pH使Fe³⁺完全沉淀，使Ni²⁺不沉淀；
（4）過濾、蒸發(fā)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；從硫酸鎳溶液里得到晶體，可采取冷卻結晶的方法．

解答 解：流程分析，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），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，過濾后調節(jié)溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到NiSO₄•7H₂O晶體，
（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，為了除去鐵離子，但不沉淀鎳離子，需要調節(jié)pH范圍為：3.2≤pH＜7.1，
故答案為：3.2≤pH＜7.1；
（4）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；
根據(jù)分析可知操作c的名稱是：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，
故答案為：產品中混有綠礬；蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶．

點評 本題考查制備方案的設計，涉及離子反應方程式書寫、鹽的水解原理、氧化還原反應、化學實驗基本操作方法等知識，為高考常見題型和高頻考點，根據(jù)流程名稱實驗原理為解答關鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．