某化工厂的含镍废催化剂主要含Ni，还含有Al、Al2O3、Fe、FeO、Fe2O3及其他不溶杂质。某校化学研究性学习小组设计了如下图

题文

某化工厂的含镍废催化剂主要含Ni，还含有Al、Al₂O₃、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶杂质（其他不溶杂质不与酸碱反应）。某校化学研究性学习小组设计了如下图所示的方法，以该含镍废催化剂为原料来制备NiSO₄·7H₂O。



【查阅资料】
①Ni能与非氧化性酸反应生成Ni²⁺，不与碱液反应。
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时pH如下：
沉淀物
Al（OH）₃
Fe（OH）₃
Fe（OH）₂
Ni（OH）₂
开始沉淀的pH
4.1
1.7
7.6
7.0
完全沉淀的pH
5.2
3.2
9.5
9.2
回答下列问题：
（1）操作a为        。
（2）“碱浸”的目的是除去        （填化学式）。
（3）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的最佳调控范围是         。
（4）NiSO₄在强碱溶液中用次氯酸钠氧化，可以制得碱性镍氢电池电极材料NiOOH。
①写出该反应的离子方程式                                。
②已知碱性镍氢电池总反应： H₂+2NiOOH

2Ni（OH）₂，写出该反应放电时正极反应式                                   。
（5）一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10^-5 mol·L^-1时，沉淀已经完全。请利用上表中数据估算Fe（OH）₂的溶度积

                       。

题型：未知 难度：其他题型

答案

（1）过滤 （2分）  （2）Al、Al₂O₃（2分）  （3）3.2≤pH＜7.0 （2分）
（4）①2Ni^2＋+ClO^－+4OH^－＝2NiOOH+Cl^－+H₂O（3分） ②NiOOH + H₂O + e^－ = Ni（OH）₂ + OH^－ （3分）
（5）1.0×10^-14 mol³·L^-3（2分）

解析

（1）捏Ni、Fe、FeO、Fe₂O₃及其他不溶杂质均不与碱反应，所以碱液浸后金属铝、氧化铝溶解，其它物质不溶，过滤即可除去，所以操作a是过滤。
（2）“碱浸”的目的是除去含镍废催化剂Al、Al₂O₃。
（3）由于前面加入了氧化剂双氧水，所以溶液中的亚铁离子被氧化生成了铁离子。根据表中数据可知，铁离子完全沉淀时的pH值是3.2，而Ni^2＋开始沉淀时的pH值是7.0，因此操作b应该控制溶液的pH值为3.2≤pH＜7.0。
（4）①NiSO₄在强碱溶液中用次氯酸钠氧化，可以制得碱性镍氢电池电极材料NiOOH，在反应中氯元素的化合价从＋1价降低到－1价，得到2个电子。而Ni元素的化合价从＋2价升高到＋3价失去1个电子，所以还原剂硫酸镍与氧化剂次氯酸钠的物质的量之比是2:1，因此反应的离子方程式为2Ni^2＋+ClO^－+4OH^－＝2NiOOH+Cl^－+H₂O。
②原电池中负极失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以正极得到电子，发生还原反应。根据方程式可知放电时氢气是还原剂失去电子，NiOOH是氧化剂得到电子，做正极，因此正极电极反应式为NiOOH + H₂O + e^－ = Ni（OH）₂ + OH^－。
③根据表中数据可知，氢氧化亚铁完全沉淀时的pH值是9.5，根据氢氧化亚铁的溶度积常数表达式Ksp＝c（Fe^2＋）·c²（OH^－），氢氧化亚铁的溶度积常数Ksp＝1.0×10^-5 mol·L^-1×（10^－4.5mol/L）²＝1.0×10^-14 mol³·L^-3。

考点

据考高分专家说，试题“某化工厂的含镍废催化剂主要含Ni，还含有.....”主要考查你对 [离子共存 ]考点的理解。

离子共存

离子共存：

所谓离子共存实质上就是看离子间是否发生反应。若离子在溶液中发生反应，就不能共存。

因能发生氧化还原反应而不共存的离子有：
（注：“√”表示能发生反应，“×”表示不能发生反应）

S^2-

SO₃^2-

I^-

Fe²⁺

Br^-

Cl^-(H⁺)

MnO₄^-

√

√

√

√

√

√

ClO^-

√

√

√

√

√

√

NO₃^-(H⁺)

√

√

√

√

√

×

Fe³⁺

√

√

√

×

×

×

因能发生复分解反应而不共存的离子有：

• 离子间相互结合生成难溶物或微溶物
  Ba²⁺、Ca²⁺CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-Ag⁺CO₃^2-、SO₃^2-、Cl^-
• 离子间相互结合生成气体或挥发性物质
  H⁺CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-、HSO₃^-、S^2-、HS^-OH^-NH₄⁺
• 离子间相互结合生成弱电解质
  H⁺ CO₃^2-、SO₃^2-、S^2-、CH₃COO^-、F^-弱酸OH^-NH₄⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Mg²⁺弱碱H⁺水

因能发生双水解的离子有：

Al³⁺CO₃^2-、HCO₃^-、SO₃^2-、HSO₃^-、S₂^-、HS^-、AlO₂^-、ClO^-Fe³⁺CO₃^2-、HCO₃^-、AlO₂^-、ClO^-NH₄⁺SiO₃^2-、AlO₂^-

因发生络合反应而不共存的离子有：

Fe³⁺ SCN^-Ag⁺、Cu²⁺NH₃·H₂O

null

null

null

判断离子是否共存的几种情况：

（1）发生复分解反应，离子不能大量共存。
①有气体产生    如CO₃^2-、SO₃^2-、S^2-、HCO₃^-、HSO₃^-、HS^-等易挥发的弱酸的酸根与H⁺不能大量共存。
②有沉淀生成    如Ba²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ag⁺等不能与SO₄^2-、CO₃^2-等大量共存；
                            Mg²⁺、Fe²⁺、Ag⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺等不能与OH^-大量共存；
                            Pb²⁺与Cl^-，Fe²⁺与S^2-、Ca²⁺与PO₄^3-、Ag⁺与I^-不能大量共存。
③有弱电解质生成   如OH^-、CH₃COO^-、PO₄^3-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、F^-、ClO^-、AlO₂^-、SiO₃^2-、CN^-、C₁₇H₃₅COO^-与H⁺不能大量共存；
                                   一些酸式弱酸根如HCO₃^-、HPO₄^2-、HS^-、H₂PO₄^-、HSO₃^-不能与OH^-大量共存；
                                    NH₄⁺与OH^-不能大量共存。
（2）发生氧化还原反应，离子不能大量共存
①具有较强还原性的离子不能与具有较强氧化性的离子大量共存    如S^2-、HS^-、SO₃^2-、I^-和Fe³⁺不能大量共存。
②在酸性或碱性的介质中由于发生氧化还原反应而不能大量共存    如MnO₄^-、Cr₂O₇^-、NO₃^-、ClO^-与S^2-、HS^-、SO₃^2-、HSO₃^-、I^-、Fe²⁺等不能大量共存；
    SO₃^2-和S^2-在碱性条件下可以共存，但在酸性条件下由于发生2S^2-+SO₃^2-+6H⁺=3S↓+3H₂O不能共存 ；H⁺与S₂O₃^2-不能大量共存。
（3）能水解的阳离子跟能水解的阴离子在水溶液中不能大量共存（双水解）
例：Al³⁺和HCO₃^-、CO₃^2-、HS^-、S^2-、AlO₂^-、ClO^-等；Fe³⁺与CO₃^2-、HCO₃^-、AlO₂^-、ClO^-等不能大量共存。
（4）溶液中能发生络合反应的离子不能大量共存。
如Fe²⁺、Fe³⁺与SCN^-不能大量共存。
主要题目要求的限定：
（1）酸性溶液（H⁺）、碱性溶液（OH^-）、能在加入铝粉后放出可燃气体的溶液、由水电离出的H⁺或OH^-=1×10^-10mol/L的溶液等。
（2）溶液的颜色：有色离子MnO₄^-（紫色）、Fe³⁺（棕黄）、Fe²⁺（浅绿）、Cu²⁺（蓝）、Fe(SCN)₂⁺（红）、Fe(SCN)₆^3-（血红）。
（3）要求“大量共存”还是“不能大量共存”。