Question

CoCl₂?6H₂O是一種飼料營養強化劑．一種利用水鈷礦（主要成分為Co₂O₃、Co（OH）₃，還含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO）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Co₂O₃發生反應的離子方程式

 

．
（2）“加Na₂CO₃調pH至a”，過濾所得到的沉淀成分為

 

．
（3）“操作1”中包含3個基本實驗操作，它們依次是

 

、

 

和過濾．制得的CoCl₂?6H₂O在烘干時需減壓烘干的原因是

 

．
（4）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

 

；其使用的最佳pH范圍是

 

．
A．2.0～2.5     B．3.0～3.5
C．4.0～4.5     D．5.0～5.5
（5）為測定粗產品CoCl₂?6H₂O含量，稱取一定質量的粗產品溶于水，加入足量AgNO₃溶液，過濾、洗滌，將沉淀烘干后稱其質量．通過計算發現粗產品中CoCl₂?6H₂O的質量分數大于100%，其原因可能是

 

．（答一條即可）

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：實驗題,電離平衡與溶液的pH專題

分析：含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入過氧化氫，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，應空氣溫度在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）根據鋁離子、鐵離子能與碳酸根離子發生雙水解生成沉淀和二氧化碳進行解答；
（3）根據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，CoCl₂?6H₂O分解；
（4）由表中數據可知，調節溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉化為Co（OH）₂沉淀；
（5）根據CoCl₂?6H₂O的組成分析，可能是含有雜質，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生氧化還原，根據電荷守恒和得失電子守恒，反應的離子方程式為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；             
（2）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加Na₂CO₃調pH至a，鋁離子能與碳酸根離子發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：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（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：蒸發濃縮、冷卻結晶和過濾；
根據題意知，CoCl₂?6H₂O常溫下穩定無毒，加熱至110～120℃時，失去結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：蒸發濃縮；冷卻結晶；降低烘干溫度，防止產品分解；
（4）根據流程圖可知，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的關系可知，調節溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉化為Co（OH）₂沉淀，
故答案為：除去溶液中的Mn²⁺；B；                       
（5）根據CoCl₂?6H₂O的組成分析，造成產品中CoCl₂?6H₂O的質量分數大于100%的原因可能是：含有雜質，導致氯離子含量大或結晶水化物失去部分水，導致相同質量的固體中氯離子含量變大，
故答案為：粗產品含有可溶性氯化物或晶體失去了部分結晶水．

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．