Question

3．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、A1₂O₃、MnO等）制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程如圖1：

已知：①浸出液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(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）若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₂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）“操作1”中包含3個基本實驗操作，它們依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾．制得的CoCl₂•6H₂O在烘干需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解．
（4）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)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
（5）為測定粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的含量，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．（答條即可）

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(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，加熱時要防止溫度過高而失去結(jié)晶水，可減壓烘干；
（1）根據(jù)流程圖結(jié)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）在酸性條件下，NaClO₃與氯離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯氣；
（3）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；CoCl₂•6H₂O受熱易分解；
（4）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；
（5）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：（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Co₂O₃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(yīng)為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；             
（2）在酸性條件下，NaClO₃與氯離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯氣，其反應(yīng)的離子方程式為：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
故答案為：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（3）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(jié)晶和過濾；為防止CoCl₂•6H₂O分解采取減壓烘干為了降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
故答案為：蒸發(fā)濃縮；降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
（4）根據(jù)流程圖可知，此時溶液中存在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；                       
（5）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：1、含有雜質(zhì)，導(dǎo)致氯離子含量大，2、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，題目難度中等，理解工藝流程圖、明確實驗操作與設(shè)計及相關(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．