含镍废催化剂 某化学小组通过查阅资料
从工艺分析可知，某化工厂含镍催化剂主要成分为Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）等元素及氧化物以及其他不溶性杂质（3.3%）。 将碱浸过滤得到的固体加入到酸浸过滤中。 添加过氧化氢将亚铁离子氧化成铁离子。 调节溶液的pH值，使铁离子和铝离子全部沉淀，而不沉淀镍离子。 过滤后，调节溶液pH至2-3，以防止镍离子水解。 经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，得到NiSO4·7H2O晶体；
(1)含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al(31％)元素和氧化物。 铝和氧化铝均能与强碱反应并溶解，得到含有偏铝酸盐的溶液；
(2)根据最终制备的NiSO4·7H2O，需要添加硫酸，以防止引入其他镁离子进行溶解； 铁及其化合物、镍与硫酸反应生成亚铁离子、铁离子和镍离子；
(3)加入过氧化氢，将亚铁离子氧化成铁离子，易转化为沉淀物而去除；
(4)根据氢氧化物沉淀的pH分析，加入过氧化氢将亚铁离子氧化成铁离子后，调节溶液的pH使铁离子全部沉淀，得到较纯的硫酸镍溶液，无镍离子沉淀；
(5)绿明矾晶体的存在说明保温过程中双氧水并没有氧化所有的亚铁离子。
(6)正极上的NiOOH获得电子生成Ni(OH)2；
(7) 已知当氢氧化亚铁完全沉淀时，pH=9.7，则c(OH-)=10-4.3mol/L，根据Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)×c2( OH-) 计算； 可逆反应的平衡常数表达式 Fe2++2H2O=2H++Fe(OH)2 为 K=$\frac{{c}^{2}({H}^{+})}{c( F{e}^{2+})}$，由c(H+)和c(Fe2+)组合计算。
解决方案：从工艺流程可以看出，某化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）等元素及氧化物，以及其他不溶性杂质（3.3%） 。 将碱浸过滤得到的固体加入到酸浸过滤中。 添加过氧化氢将亚铁离子氧化成铁离子。 调节溶液的pH值，使铁离子和铝离子全部沉淀，而不沉淀镍离子。 过滤后，调节溶液pH至2-3，以防止镍离子水解。 经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，得到NiSO4·7H2O晶体；
(1)“碱浸”工艺是去除铝及其氧化物。 铝是两性元素，与强碱发生反应。 氧化铝是一种两性氧化物，与强碱发生反应。 镍元素和铁及其氧化物不与碱发生反应。 达到去除铝元素的目的； 反应的两个方程为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，Al2O3+2OH-=2AlO2-+3H2O，
因此，答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；
(2))“酸浸”主要溶解镍金属和铁元素及其氧化物。 根据制备目的，得到NiSO4·7H2O。 添加的酸不能引入新的杂质，因此需要添加硫酸进行酸浸； 镍、铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和硫酸镍溶液。 经过酸浸和a①操作分离出固体后，溶液中可能含有的金属离子为Ni2+、Fe2+、Fe3+；
因此，答案为：H2SO4； Ni2+、Fe2+、Fe3+；
(3)铁离子易转化为沉淀物而去除。 添加过氧化氢将亚铁离子氧化成铁离子。 反应的离子方程式为：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；
因此，答案为：H2O2+2Fe2++2H+=2Fe3++2H2O；
(4)根据图表中沉淀所需溶液的pH值，加入过氧化氢，将亚铁离子氧化成铁离子，然后调节溶液的pH值，使铁离子全部沉淀。 没有镍离子沉淀，将得到更纯的硫酸镍溶液。 pH值应在3.2 -7.1间，
所以答案是：3.2-7.1；
(5)产物晶体中有时混有少量绿色硫酸(FeSO4·7H2O)，说明加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子时，亚铁离子没有被完全氧化。 氢氧化亚铁沉淀的pH值大于镍离子沉淀的pH值。 pH值，保温的目的是彻底氧化亚铁离子，
因此，答案是：H2O2量不足（或H2O2失效）且保温时间不足，导致Fe2+没有完全氧化；
(6)镍氢电池放电过程中，正极上的NiOOH获得电子生成Ni(OH)2，则正极的电极方程为：NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH -,
因此，答案为：NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-；
(7)一般认为，当溶液中残留离子浓度小于1×10-5 mol/L时，沉淀已完成。 已知当氢氧化亚铁完全沉淀时，pH=9.7，则c(OH-)=10-4.3 mol/L，
则Ksp[Fe(OH)2]=c(Fe2+)×c2(OH-)=1×10-5 mol/L×(10-4.3mol/L)2=10-13.6(mol/L)3；
可逆反应的平衡常数表达式 Fe2++2H2O=2H++Fe(OH)2 为 K=$\frac{{c}^{2}({H}^{+})}{c(F{ e} ^{2+})}$=$\frac{(1{0}^{-9.7})^{2}}{1×1{0}^{-5}}$=10-14.4mol /L ;
因此，答案为：10-13.6（mol/L）3； 10-14.4摩尔/升。
点评：本题考察物质分离的实验设计和方法应用以及溶度积常数的计算。 它主要是利用溶液不同pH条件下的不同离子沉淀条件来控制溶液的pH值，以去除杂质离子，得到较纯的硫酸镍溶液。 硫酸镍晶体的制备，同时考察除杂和不引入新杂质的原理，分析判断铝及其化合物的性质，题目难度中等。