Question

20．CoCl₂•6H₂O是一種飼料營(yíng)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1：已知：①浸出液含有的陽(yáng)離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)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(kāi)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(wú)水氯化鈷．
（1）水鈷礦進(jìn)行預(yù)處理時(shí)加入Na₂SO₃的主要作用是將Fe³⁺、Co³⁺還原．
（2）寫出NaClO₃在浸出液中發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；若不慎向“浸出液”中加過(guò)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”，a的取值范圍是5.2≤a≤7.6；過(guò)濾所得到的沉淀成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）“操作1”中包含3個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作，它們依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過(guò)濾．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(duì)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
（6）為測(cè)定粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的含量，稱取16.4g的粗產(chǎn)品溶于水配成100.0mL溶液，從中取出25.0mL與足量AgNO₃溶液混合，過(guò)濾、洗滌、將沉淀烘干后稱其質(zhì)量為4.6g，則粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是93.0%．（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字）

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(guò)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(guò)高而失去結(jié)晶水，可減壓烘干，
（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子；
（2）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺；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)鋁離子、鐵離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成沉淀和二氧化碳進(jìn)行解答；
（4）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；溫度高時(shí)，CoCl₂•6H₂O分解；
（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)AgCl沉淀質(zhì)量為4.6g，可計(jì)算得粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量，據(jù)此計(jì)算粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

解答 解：（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子Fe³⁺、Co³⁺，所以浸出過(guò)程中加入Na₂SO₃的目的是將Fe³⁺、Co³⁺還原，
故答案為：將Fe³⁺、Co³⁺還原；
（2）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其反應(yīng)的離子方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；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^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（3）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加Na₂CO₃調(diào)pH至a，為使鋁離子沉淀完全，而鈷離子不沉淀，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知pH值的范圍是5.2≤a≤7.6，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，水解的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；鐵離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鐵和二氧化碳，水解的離子方程式為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，所以沉淀成分為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案為：5.2≤a≤7.6；Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）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(guò)濾；
根據(jù)題意知，CoCl₂•6H₂O常溫下穩(wěn)定無(wú)毒，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水變成有毒的無(wú)水氯化鈷，為防止其分解，制得的CoCl₂•6H₂O需減壓烘干，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；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(duì)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)AgCl沉淀質(zhì)量為4.6g，可計(jì)算得粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量為$\frac{4.6}{143.5}×\frac{1}{2}×（59+71+108）$g×$\frac{100}{25}$=15.26g，所以粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{15.26g}{16.4g}$×100%=93.0%，
故答案為：93.0%．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，理解工藝流程圖、明確實(shí)驗(yàn)操作與設(shè)計(jì)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(shí)的能力．