Question

3．CoCl₂•6H₂O是一種飼料營養(yǎng)強(qiáng)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(shí)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(diǎn)為86℃，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水生成無水氯化鈷．
（1）寫出浸出過程中Co₂O₃發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（2）寫出NaClO₃發(fā)生反應(yīng)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(shí)，可能會(huì)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(diào)pH至a”，過濾所得到的兩種沉淀的化學(xué)式為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時(shí)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(guān)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(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O含量，稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量AgNO₃溶液，過濾、洗滌，將沉淀烘干后稱其質(zhì)量．通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，其原因可能是粗產(chǎn)品含有可溶性氯化物或晶體失去了部分結(jié)晶水．（答一條即可）

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸、Na₂SO₃，加入鹽酸和Na₂SO₃，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)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(yīng)控制溫度在86℃以下，加熱時(shí)要防止溫度過高而失去結(jié)晶水，可減壓烘干，
（1）酸性條件下，Co₂O₃和SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Co²⁺、SO₄^2-；
（2）酸性條件下，氯酸根離子能氧化亞鐵離子生成鐵離子，自身被還原生成氯離子；
酸性條件下ClO₃^-和Cl^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cl₂；
（3）“加Na₂CO₃調(diào)pH至a”，目的是除去鐵離子、鋁離子，所以需要將鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀；
（4）CoCl₂•6H₂O熔點(diǎn)為86℃，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水生成無水氯化鈷；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，調(diào)節(jié)溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co（OH）₂沉淀；
（6）根據(jù)CoCl₂•6H₂O的組成分析，可能是含有雜質(zhì)，也可能是失去部分水．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸、Na₂SO₃，加入鹽酸和Na₂SO₃，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，發(fā)生氧化還原反應(yīng)可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)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(yīng)控制溫度在86℃以下，加熱時(shí)要防止溫度過高而失去結(jié)晶水，可減壓烘干，
（1）酸性條件下，Co₂O₃和SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Co²⁺、SO₄^2-，離子方程式為Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）酸性條件下，氯酸根離子能氧化亞鐵離子生成鐵離子，自身被還原生成氯離子，離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
酸性條件下ClO₃^-和Cl^-發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cl₂，所以可能可能產(chǎn)生有毒氣體氯氣，離子方程式為ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（3）“加Na₂CO₃調(diào)pH至a”，目的是除去鐵離子、鋁離子，所以需要將鐵離子、鋁離子轉(zhuǎn)化為沉淀，碳酸根離子和鋁離子、鐵離子發(fā)生雙水解反應(yīng)生成二氧化碳和氫氧化物沉淀，所以這兩種沉淀的化學(xué)式為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）CoCl₂•6H₂O熔點(diǎn)為86℃，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水生成無水氯化鈷，所以制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時(shí)需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解，故答案為：降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
（5）根據(jù)流程圖可知，此時(shí)溶液中存在Mn²⁺、Co²⁺金屬離子；
由萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溶液pH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co（OH）₂沉淀，
故答案為：除去溶液中的Mn²⁺；B；
（6）根據(jù)CoCl₂•6H₂O的組成分析，造成產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%的原因可能是：含有雜質(zhì)，導(dǎo)致氯離子含量大或結(jié)晶水化物失去部分水，導(dǎo)致相同質(zhì)量的固體中氯離子含量變大，
故答案為：粗產(chǎn)品含有可溶性氯化物或晶體失去了部分結(jié)晶水．

點(diǎn)評 本題通過制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，理解工藝流程圖中可能發(fā)生的反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)操作與設(shè)計(jì)目的、相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)是解答本題的關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力，題目難度中等．