Question

17．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(zhì)是鐵、鋁單質(zhì)及其化合物，少量難溶性雜質(zhì)）．某學習小組設(shè)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如表：

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(zhì)替代的是A．
A．氧氣     B．高錳酸鉀     C．氯氣     D．硝酸
（3）取2.0000g硫酸鎳晶體樣品溶于蒸餾水，用0.2mol•L^-1的EDTA（Na₂H₂Y）標準溶液滴定至終點，消耗EDTA標準溶液為34.50mL．滴定反應(yīng)為Ni²⁺+H₂Y^2-=NiY^2-+2H⁺．計算樣品純度為97.0%．（已知，NiSO₄•7H₂O相對分子質(zhì)量為281，不考慮雜質(zhì)反應(yīng)）．
（4）操作b調(diào)節(jié)溶液范圍為3.2-7.1，其目的是除去Fe³⁺．固體②的化學式為Fe（OH）₃．
（5）操作a和c需要使用的儀器除鐵架臺（帶鐵圈）、燒杯、酒精燈、玻璃棒外還需要的主要玻璃儀器是漏斗．上述流程中，“酸浸”時所加入的酸是H₂SO₄（填化學式）．

Answer 1

分析 由流程可知，含鎳催化劑廢品（主要成分是鎳，雜質(zhì)是鐵、鋁單質(zhì)及其化合物，少量難溶性雜質(zhì)），鋁是兩性元素和強堿反應(yīng)，氧化鋁是兩性氧化物和強堿反應(yīng)，鎳單質(zhì)和鐵及其氧化物不和堿反應(yīng)，可以達到除去鋁元素的目的，同時除去表面的油污，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PH：2-3，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）根據(jù)廢料成分知，堿和鋁、氧化鋁反應(yīng)，溶液中含有偏鋁酸根離子；
（2）根據(jù)數(shù)據(jù)表知，應(yīng)將亞鐵離子轉(zhuǎn)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(zhì)．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(zhì)．用氧氣替代雙氧水；
（3）依據(jù)離子反應(yīng)方程式：Ni²⁺+H₂Y₂^-=NiY₂^-+2H⁺，列出關(guān)系式計算即可；
（4）調(diào)節(jié)溶液pH使Fe³⁺完全沉淀，使Ni²⁺不沉淀，分離出固體是氫氧化鐵；
（5）操作a為過濾、操作c為蒸發(fā)，除鐵架臺（帶鐵圈）、燒杯、酒精燈、玻璃棒外還需要的主要玻璃儀器是漏斗，“酸浸”將濾渣溶解，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行酸浸．

解答 解：（1）堿和鋁、氧化鋁均能反應(yīng)，2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑、Al₂O₃+2OH^-═2AlO₂^-+H₂O，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(yīng)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(zhì)，故此替代試劑為氧氣，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；A；
（3）n（Na₂H₂Y）=0.2mol/L×34.5×10^-3L=6.9×10^-3mol，根據(jù)滴定反應(yīng)式知，m（NiSO₄•7H₂O）=6.9×10^-3mol×281g/L=1.94g，ω（NiSO₄•7H₂O）=$\frac{1.9400g}{2.0000g}$×100%=97.0%，
故答案為：97.0%；
（4）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，調(diào)節(jié)pH在3.2-7.1的目的是除去鐵離子，但是不沉淀鎳離子，由（2）可知：操作b調(diào)節(jié)溶液范圍為3.2-7.1，那么此時得到的沉淀是氫氧化鐵，
故答案為：除去Fe³⁺； Fe（OH）₃；
（5）操作a為過濾，過濾需漏斗作過濾器、燒杯盛放濾液、玻璃棒引流，操作c為蒸發(fā)需酒精燈、玻璃棒、蒸發(fā)皿，所以需要的主要玻璃儀器是漏斗，“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行酸浸，
故答案為：漏斗；H₂SO₄．

點評 本題考查的是無機物制備流程，涉及離子反應(yīng)方程式書寫，氧化還原反應(yīng)，離子的驗證等，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生靈活運用知識解答問題的能力，本題綜合性較強，題目難度中等．