Question

8．CoCl₂•6H₂O是一種飼料營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑．以含鈷單質(zhì)廢料（含少量Fe、Al等雜質(zhì)）制取CoCl₂•6H₂O的一種新工藝流程如圖：

已知：
①CoCl₂•6H₂O熔點(diǎn)86℃，易溶于水、乙醚等；常溫下穩(wěn)定無毒，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水變成有毒的無水氯化鈷．
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3
開始沉淀	2.3	7.5	7.6	3.4
完全沉淀	4.1	9.7	9.2	5.2

請(qǐng)回答下列問題：
（1）鈷與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Co+2HCl=CoCl₂+H₂↑．
（2）流程中加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH至a，a的范圍是5.2～7.6；濾渣中含有的Al（OH）₃是良好的阻燃劑，其原理是Al（OH）₃受熱分解時(shí)吸收大量的熱，使環(huán)境溫度下降；同時(shí)生成的耐高溫、穩(wěn)定性好的Al₂O₃覆蓋在可燃物表面，阻燃效果更佳；加鹽酸調(diào)節(jié)pH至2～3的目的是抑制Co²⁺的水解，防止在后續(xù)的操作中形成Co（OH）₂雜質(zhì)．
（3）操作Ⅰ包含3個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作，它們是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾．
（4）制得的CoCl₂•6H₂O需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解．
（5）為測(cè)定產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O含量，某同學(xué)將119g樣品溶于水形成100ml溶液，取25mL于燒杯中加入足量的AgNO₃溶液，過濾，并將沉淀烘干后稱得質(zhì)量為28.7g，計(jì)算產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O含量為80%．（已知：CoCl₂•6H₂O化學(xué)式量為238，AgCl為143.5，）

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化可得到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)空氣溫度在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）鈷與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈷和氫氣；
（2）調(diào)節(jié)溶液的PH值，使溶液中鐵離子和鋁離子生成沉淀，而鈷離子存在溶液中，從而將鐵離子、鋁離子和鈷離子分開；
（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；
（4）溫度高時(shí)，CoCl₂•6H₂O分解；
（5）根據(jù)CoCl₂•6H₂O與AgCl的關(guān)系式求質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化可得到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)空氣溫度在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）鈷與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈷和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Co+2HCl=CoCl₂+H₂↑，故答案為：Co+2HCl=CoCl₂+H₂↑；
（2）廢料加入鹽酸后生成氯化物，然后加入雙氧水，二價(jià)鐵離子被雙氧水氧化生成三價(jià)鐵離子，根據(jù)沉淀的PH值表格知，當(dāng)溶液的PH值為5.2時(shí)，鐵離子和鋁離子被完全沉淀，當(dāng)溶液的PH值為7.6時(shí)，鈷離子才開始產(chǎn)生沉淀，所以要想將鐵離子、鋁離子和鈷離子分離，溶液的pH值應(yīng)該不小于5.2不大于7.6，；Al（OH）₃受熱分解時(shí)吸收大量的熱，使環(huán)境溫度下降；同時(shí)生成的耐高溫、穩(wěn)定性好的Al₂O₃覆蓋在可燃物表面，進(jìn)行阻燃；加鹽酸調(diào)節(jié)pH至2～3，可以防止鈷離子水解
故答案為：5.2～7.6；Al（OH）₃受熱分解時(shí)吸收大量的熱，使環(huán)境溫度下降；同時(shí)生成的耐高溫、穩(wěn)定性好的Al₂O₃覆蓋在可燃物表面，阻燃效果更佳；抑制Co²⁺的水解，防止在后續(xù)的操作中形成Co（OH）₂雜質(zhì)；
（3）從溶液中制取固體的方法制取氯化鈷固體，其操作步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（4）根據(jù)題意知，CoCl₂•6H₂O常溫下穩(wěn)定無毒，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水變成有毒的無水氯化鈷，為防止其分解，制得的CoCl₂•6H₂O需減壓烘干，
故答案為：降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
（5）根據(jù)CoCl₂•6H₂O～2AgCl，
            238     287
             x      28.7g，x=23.8g，
則粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{23.8g×\frac{100mL}{25mL}}{119g}$×100%=80%，
故答案為：80%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中的有關(guān)知識(shí)，難度較大，比較突出的難點(diǎn)是：1、誤差的分析不知如何尋找“題眼”；2、信息題中信息的閱讀、提取有用信息然后進(jìn)行加工的方法不會(huì)，從而導(dǎo)致做題錯(cuò)誤較多．