Question

【題目】某化學小組通過查閱資料，設計了如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廢催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）、Fe（1.3%）的單質及氧化物，其他不溶雜質（3.3%）

部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時的pH如表：

（1）溶液①中的陰離子有_________，“酸浸”時所加入的酸是____________（填化學式）。

（2）加入H2O2時發生反應的離子方程式為________________________，操作b為調節溶液的pH，你認為pH的調控范圍是___________________。

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

稱取50克該產品晶體配成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表示儲氫金屬或合金。該電池在充電過程中總反應的化學方程式是Ni(OH)2+M=NiOOH+MH，則NiMH電池放電過程中正極電極反應式________。

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%）的單質及氧化物，其他不溶雜質（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，調節溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀，鎳離子不沉淀，過濾后調節溶液PH2-3防止鎳離子水解，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到NiSO47H2O晶體；

（1）含鎳催化劑主要含有Ni，還含有Al（31%）的單質及氧化物，鋁和氧化鋁都可以和強堿反應溶解得到溶液含有偏鋁酸鹽，則溶液①中的陰離子有OH-、AlO2-；依據最后制備NiSO47H2O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進行溶解；

（2）酸浸過濾加入過氧化氫的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，加入H2O2時發生反應的離子方程式為H2O2 +2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；依據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，調節溶液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；用高錳酸鉀溶液滴定亞鐵離子發生氧化還原反應，離子反應為：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，根據反應方程式計算硫酸亞鐵雜質的含量，進而計算樣品中純度；

（4）該電池在充電過程中總反應的化學方程式是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%）的單質及氧化物，其他不溶雜質（3.3%），溶液①為堿浸后過濾得到的溶液，鋁和氧化鋁都可以和強堿反應溶解，得到溶液含有偏鋁酸鹽，則溶液①中的陰離子有OH-、AlO2-；依據最后制備NiSO47H2O，防止引入其他雜志離子需要加入硫酸進行溶解，

故答案為：OH-、AlO2-；H2SO4；

（2）酸浸過濾加入過氧化氫的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，加入H2O2時發生反應的離子方程式為H2O2 +2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；依據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，調節溶液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應在3.2~7.1，

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

（3）產品晶體中有時會混有少量綠礬(FeSO47H2O)，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；用高錳酸鉀溶液滴定亞鐵離子發生氧化還原反應，離子反應為：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)、保溫時間不足導致Fe2+未被完全氧化；86.1%；

（4）NiMH電池放電過程中，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-。