某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如下工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体(NiSO₄·7H₂O)：

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

(1)“碱浸”中NaOH的两个作用分别是______________。为回收金属，用稀硫酸将“滤液①”调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式______________。

(2)“滤液②”中含有的金属离子是______________。

(3)“转化”中可替代H₂O₂的物质是______________。若工艺流程改为先“调pH”后“转化”，即

“滤液③”中可能含有的杂质离子为______________。

(4)利用上述表格数据，计算Ni(OH)₂的K_sp=______________(列出计算式)。如果“转化”后的溶液中Ni²⁺浓度为1.0 mol·L⁻¹，则“调pH”应控制的pH范围是______________。

(5)硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH。写出该反应的离子方程式______________。

(6)将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是______________。

答案

(1). 除去油脂、溶解铝及其氧化物    (2). +H⁺+H₂O=Al(OH)₃↓或+H⁺=Al(OH)₃↓+H₂O    (3). Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺    (4). O₂或空气    (5). Fe³⁺    (6).     (7). 3.2~6.2    (8). 2Ni²⁺+ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H₂O    (9). 提高镍回收率

【解析】

【分析】

由工艺流程分析可得，向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并发生反应2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑、2Al₂O₃+4NaOH=4NaAlO₂+2H₂O将Al及其氧化物溶解，得到的滤液①含有NaAlO₂，滤饼①为Ni、Fe及其氧化物和少量其他不溶性杂质，加稀H₂SO₄酸浸后得到含有Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺的滤液②，Fe²⁺经H₂O₂氧化为Fe³⁺后，加入NaOH调节pH使Fe³⁺转化为Fe(OH)₃沉淀除去，再控制pH浓缩结晶得到硫酸镍的晶体，据此分析解答问题。

【详解】(1)根据分析可知，向废镍催化剂中加入NaOH溶液进行碱浸，可除去油脂，并将Al及其氧化物溶解，滤液①中含有NaAlO₂(或Na[Al(OH)₄])，加入稀硫酸可发生反应+H⁺+H₂O=Al(OH)₃↓或+H⁺=Al(OH)₃↓+H₂O，故答案为：除去油脂、溶解铝及其氧化物；+H⁺+H₂O=Al(OH)₃↓或+H⁺=Al(OH)₃↓+H₂O；

(2)加入稀硫酸酸浸，Ni、Fe及其氧化物溶解，所以“滤液②”中含有的金属离子是Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，故答案为：Ni²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺；

(3)“转化”在H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，可用O₂或空气替代；若将工艺流程改为先“调pH”后“转化”，会使调pH过滤后的溶液中含有Fe²⁺，则滤液③中可能含有转化生成的Fe³⁺，故答案为：O₂或空气；Fe³⁺；

(4)由上述表格可知，Ni²⁺完全沉淀时的pH=8.7，此时c(Ni²⁺)=1.0×10^-5mol·L^-1，c(H⁺)=1.0×10^-8.7mol·L^-1，则c(OH^-)=，则Ni(OH)₂的；或者当Ni²⁺开始沉淀时pH=7.2，此时c(Ni²⁺)=0.01mol·L^-1，c(H⁺)=1.0×10^-7.2mol·L^-1，则c(OH^-)=，则Ni(OH)₂的；如果“转化”后的溶液中Ni²⁺浓度为1.0mol·L^-1，为避免镍离子沉淀，此时，则，即pH=6.2；Fe³⁺完全沉淀的pH为3.2，因此“调节pH”应控制的pH范围是3.2~6.2，故答案为：；3.2~6.2；

(5)由题干信息，硫酸镍在强碱中被NaClO氧化得到NiOOH沉淀，即反应中Ni²⁺被氧化为NiOOH沉淀，ClOˉ被还原为Clˉ，则根据氧化还原得失电子守恒可得离子方程式为2Ni²⁺+ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H₂O，故答案为：2Ni²⁺+ClOˉ+4OHˉ=2NiOOH↓+Clˉ+H₂O；

(6)分离出硫酸镍晶体后的母液中还含有Ni²⁺，可将其收集、循环使用，从而提高镍的回收率，故答案为：提高镍的回收率。

【点睛】本题主要考查金属及其化合物的性质、沉淀溶解平衡常数Ksp的计算、氧化还原离子反应方程式的书写等知识点，需要学生具有很好的综合迁移能力，解答关键在于正确分析出工艺流程原理，难点在于Ksp的计算及“调pH”时pH的范围确定。