Question

17．CoCl₂•6H₂0是一種陶瓷著色劑．利用水鈷礦[主要成分為Co₂0₃、Co（OH）₃，還含少量Fe₂0₃、Al₂0₃、MnO等]制取CoCl₂•6H₂0的工藝流程如圖1：

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如表：（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Co（OH）₃發(fā)生反應的離子方程式2Co（OH）₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O．
（2）寫出NaClO₃發(fā)生反應的主要離子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（3）“加Na₂CO₃調pH至a”，則a的范圍是5.2≤PH＜7.6．
（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(chǎn)品分解；
（5）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖2．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）操作1為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾．
（7）實驗室用足量的濃鹽酸完全溶解一定量的鈷的氧化物Co_x0_y（其中鈷的化合價為+2、+3），若得到含13gCoCl₂的溶液并產(chǎn)生標準狀況下448mL的黃綠色氣體，則y：x=6：5．

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸，加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾后所得濾液主要含有CoCl₂，為得到CoCl₂•6H₂O晶體，應控制溫度在86℃以下，加熱時要防止溫度過高而失去結晶水，可減壓烘干．
（1）根據(jù)流程圖結合信息浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等進行解答；
（2）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
（3）加Na₂CO₃的目的是除去三價鐵離子和鋁離子，但不能除去Co²⁺，根據(jù)鋁離子、鐵離子完全沉淀的PH和Co²⁺開始沉淀的PH值進行解答；
（4）氣壓越低，液體沸點越低，烘干所需溫度越低，可防止CoCl₂•6H₂O分解；
（5）制取CoCl₂•6H₂0必須除去溶液中的Mn²⁺，向“濾液”中加入萃取劑的目的是除去溶液中的Mn²⁺；
由圖象可知，調節(jié)溶液PH在3.0～3.5之間，可萃取出溶液中的Mn²⁺，并讓Co²⁺大量存在于溶液中；
（6）根據(jù)從溶液中制取固體的方法制取氯化鈷固體，從而確定操作步驟；
（7）由電子守恒：Cl₂～2e^-～2Co³⁺，則n（Co³⁺）=2n（Cl₂）=2×$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.04mol，n（Co原子）_總=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{13g}{130g/mol}$=0.1mol，
所以固體中的n（Co²⁺）=0.1mol-0.04mol=0.06 mol，根據(jù)化合價為0，計算氧的物質的量，再得出y：x的值．

解答 解：（1）向水鈷礦[主要成分為Co₂O₃、Co（OH）₃，還含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等]，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Co（OH）₃和亞硫酸鈉在酸性條件下發(fā)生氧化還原，根據(jù)電荷守恒和得失電子守恒，反應的離子方程式為：2Co（OH）₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O，
故答案為：2Co（OH）₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；
（2）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其反應的離子方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（3）加Na₂CO₃的目的是除去三價鐵離子和鋁離子，但不能除去Co²⁺，鋁離子、鐵離子完全沉淀的PH是5.2，Co²⁺開始沉淀的PH是7.6，則選擇PH的范圍是：5.2≤PH＜7.6，
故答案為：5.2≤PH＜7.6；
（4）溫度高時，CoCl₂•6H₂O易分解，而氣壓越低，液體沸點越低，烘干所需溫度越低，減壓烘干的原因在于可防止CoCl₂•6H₂O分解，
故答案為：降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
（5）制取CoCl₂•6H₂0必須除去溶液中的Mn²⁺，向“濾液”中加入萃取劑的目的是除去溶液中的Mn²⁺，
由圖象可知，調節(jié)溶液PH在3.0～3.5之間，可萃取出溶液中的Mn²⁺，并讓Co²⁺大量存在于溶液中，
故答案為：除去溶液中的Mn²⁺；B；
（6）利用從溶液中制取固體的方法制取氯化鈷固體，其操作步驟為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶和過濾，
故答案為：冷卻結晶、過濾；
（7）由電子守恒：Cl₂～2e^-～2Co³⁺，則n（Co³⁺）=2n（Cl₂）=2×$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.04mol，n（Co原子）_總=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{13g}{130g/mol}$=0.1mol，
所以固體中的n（Co²⁺）=0.1mol-0.04mol=0.06 mol，
根據(jù)化合價為0，氧化物中n（O）=（0.06mol×2+0.04mol×3）÷2=0.12mol，
故該鈷氧化物中n（O）：n（Co）=0.12mol：0.1mol=6：5，
故答案為：6：5．

點評 本題通過制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程，考查了物質制備方案的設計，題目難度中等，理解工藝流程圖、明確實驗操作與設計及相關物質的性質是解答本題的關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．