Question

3．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的工藝流程如圖：

已知：①浸出液中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Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（2）寫出NaClO₃發生反應的主要離子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；若不慎向“浸出液”中加過量NaClO₃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）“加Na₂CO₃調pH至a”，過濾所得到的兩種沉淀的化學式為Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產品分解．
（5）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖．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、Na₂SO₃，加入鹽酸和Na₂SO₃，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，發生氧化還原反應可得到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，應控制溫度在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）酸性條件下，Co₂O₃和SO₃^2-發生氧化還原反應生成Co²⁺、SO₄^2-；
（2）酸性條件下，氯酸根離子能氧化亞鐵離子生成鐵離子，自身被還原生成氯離子；
酸性條件下ClO₃^-和Cl^-發生氧化還原反應生成Cl₂；
（3）“加Na₂CO₃調pH至a”，目的是除去鐵離子、鋁離子，所以需要將鐵離子、鋁離子轉化為沉淀；
（4）CoCl₂•6H₂O熔點為86℃，加熱至110～120℃時，失去結晶水生成無水氯化鈷；
（5）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；
（6）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：含鈷廢料中加入鹽酸、Na₂SO₃，加入鹽酸和Na₂SO₃，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，發生氧化還原反應可得到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，應控制溫度在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）酸性條件下，Co₂O₃和SO₃^2-發生氧化還原反應生成Co²⁺、SO₄^2-，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）酸性條件下，氯酸根離子能氧化亞鐵離子生成鐵離子，自身被還原生成氯離子，離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
酸性條件下ClO₃^-和Cl^-發生氧化還原反應生成Cl₂，所以可能可能產生有毒氣體氯氣，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）“加Na₂CO₃調pH至a”，目的是除去鐵離子、鋁離子，所以需要將鐵離子、鋁離子轉化為沉淀，碳酸根離子和鋁離子、鐵離子發生雙水解反應生成二氧化碳和氫氧化物沉淀，所以這兩種沉淀的化學式為Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）CoCl₂•6H₂O熔點為86℃，加熱至110～120℃時，失去結晶水生成無水氯化鈷，所以制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產品分解，故答案為：降低烘干溫度，防止產品分解；
（5）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；
（6）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，理解工藝流程圖中可能發生的反應、實驗操作與設計目的、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，題目難度中等．