Question

12．CoCl₂•6H₂O是一種飼料營養(yǎng)強化劑．一種利用水鈷礦（主要成分為Co₂O₃、Co（OH）₃，還含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程如圖：

已知：①浸出液中含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：（金屬離子濃度為：0.01mol/L）

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
開始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂•6H₂O熔點為86℃，加熱至110～120℃時，失去結晶水生成無水氯化鈷．
（1）寫出浸出過程中Co₂O₃發(fā)生反應的離子方程式Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（2）寫出NaClO₃發(fā)生反應的主要離子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，寫出生成該有毒氣體的離子方程式ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O．
（3）“加Na₂CO₃調pH至a”，過濾所得到的兩種沉淀的化學式為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產品分解．
（5）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖．向“濾液”中加入萃取劑的目的是除去溶液中的Mn²⁺；其使用的最佳pH范圍是B．
A．2.0～2.5     B．3.0～3.5     C．4.0～4.5     D．5.0～5.5
（6）為測定粗產品中CoCl₂•6H₂O含量，稱取一定質量的粗產品溶于水，加入足量AgNO₃溶液，過濾、洗滌，將沉淀烘干后稱其質量．通過計算發(fā)現(xiàn)粗產品中CoCl₂•6H₂O的質量分數大于100%，其原因可能是粗產品含有可溶性氯化物或晶體失去了部分結晶水．（答一條即可）

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀鹽酸反應生成可溶性的CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MnCl₂、NaCl，然后向溶液中加入氯酸鈉，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調pH值，得到沉淀和溶液，根據濾液中得到的物質知溶液中Fe ³⁺、Al ³⁺完全轉化為沉淀，則可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，根據離子沉淀所需pH值知，需要溶液的pH=5.2；然后過濾，向濾液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl₂，為得到CoCl₂•6H₂O晶體，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶而得到粗產品，
（1）向水鈷礦加入鹽酸和亞硫酸鈉，浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等，所以氧化鈷和亞硫酸鈉在酸性條件下發(fā)生氧化還原，根據電荷守恒和得失電子守恒書寫方程式；
（2）加入氯酸鈉，+2價Fe被氧化生成+3價Fe，氯酸鈉中氯元素的化合價由+5價變?yōu)?1價，得到電子，方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，因為氯酸根離子和氯離子反應生成氯氣；
（3）加入碳酸鈉調節(jié)pH目的是將鐵離子和鋁離子轉化為沉淀，根據表中數據知，條件溶液的pH=5.2；
（4）制得的CoCl₂•6H₂O在高溫下分解失去結晶水；
（5）根據流程圖可知，此時溶液中還存在錳離子和鈷離子，由萃取劑將這兩種離子除去才能得到較純凈的產物CoCl₂；
（6）根據CoCl₂•6H₂O的組成分析，造成產品中CoCl₂•6H₂O的質量分數大于100%的原因可能是含有雜質，且雜質中含有氯離子，會晶體失去部分水．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀鹽酸反應生成可溶性的CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MnCl₂、NaCl，然后向溶液中加入氯酸鈉，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調pH值，得到沉淀和溶液，根據濾液中得到的物質知溶液中Fe ³⁺、Al ³⁺完全轉化為沉淀，則可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，根據離子沉淀所需pH值知，需要溶液的pH=5.2；然后過濾，向濾液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl₂，為得到CoCl₂•6H₂O晶體，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶而得到粗產品，
（1）向水鈷礦加入鹽酸和亞硫酸鈉，浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等，所以氧化鈷和亞硫酸鈉在酸性條件下發(fā)生氧化還原，根據電荷守恒和得失電子守恒，反應為Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）加入氯酸鈉，會將+2價Fe氧化為+3價Fe，氯酸鈉中氯元素的化合價由+5價變?yōu)?1價，該反應方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，說明氯酸根離子和氯離子反應生成氯氣，方程式為：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（3）加入碳酸鈉調節(jié)pH，目的是將鐵離子和鋁離子完全轉化為沉淀，根據表中數據知，pH=5.2，鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，鐵離子和碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鐵和二氧化碳，所以生成的沉淀為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）制得的CoCl₂•6H₂O在高溫下分解失去結晶水，所以在烘干時需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產品分解，
故答案為：降低烘干溫度，防止產品分解；
（5）根據流程圖可知，此時溶液中還存在錳離子和鈷離子，由萃取劑對金屬離子的萃取率和pH的關系可知，調節(jié)溶液的pH在3.0-3.5之間，可使錳離子完全沉淀，并防止鈷離子轉化為氫氧化鈷沉淀，
故答案為：除去溶液中的Mn²⁺；B；
（6）根據CoCl₂•6H₂O的組成分析，造成產品中CoCl₂•6H₂O的質量分數大于100%的原因可能是含有雜質，雜質中含有氯元素，或晶體失去了部分結晶水，這些因素導致氯元素含量增大，
故答案為：粗產品含有可溶性氯化物或晶體失去了部分結晶水．

點評 本題考查物質的分離和提純，側重考查學生分析判斷能力，涉及氧化還原反應、離子反應、pH與沉淀的關系等知識點，為高頻考點，明確流程圖中發(fā)生的反應及基本操作是解本題關鍵，難點是圖2的分析判斷，題目難度中等．