Question

4．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等）制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程如下：

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）鹽酸浸取水鈷礦時為提高浸出率可采取的有效措施有研磨、攪拌、升溫、適當增加酸的濃度、增加浸出時間（答一條即可），寫出浸出過程中Co₂O₃發生反應的離子方程式Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃時，可能會生成有毒氣體，寫出該反應的離子方程式ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O．
（2）“加Na₂CO₃調pH至a”，過濾所得到的沉淀成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（3）“操作1”中包含3個基本實驗操作，依次是蒸發（濃縮）、冷卻（結晶）和過濾．
（4）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖．其使用的最佳pH范圍是B．

A．1.0～2.0        B．3.0～3.5
C．4.0～4.5        D．5.0～5.5
（5）為測定粗產品中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%，其原因可能是粗產品含有可溶性氯化物或晶體失去了部分結晶水．（答一條即可）

Answer 1

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）根據影響速率的因素分析；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；在酸性條件下，NaClO₃與氯離子發生氧化還原反應生成氯氣；
（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；
（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）為提高浸取率可采取的措施有粉碎礦石、適當升高溫度、攪拌；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；在酸性條件下，NaClO₃與氯離子發生氧化還原反應生成氯氣，其反應的離子方程式為：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O，
故答案為：研磨、攪拌、升溫、適當增加酸的濃度、增加浸出時間；Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（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；
故答案為：蒸發濃縮；冷卻結晶；
（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：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．