Question

18．CoCl₂•6H₂O是一種飼料營養(yǎng)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見表（金屬離子濃度為0.01mol/L）：

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

③CoCI₂•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(fā)生反應的離子方程式：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（2）寫出NaClO₃發(fā)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）惰性電極電解CoCl₂溶液的陽極電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．（注：橫坐標依次為1-6；單位PH）
（4）“操作1”中包含3個基本實驗操作，它們依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶和過濾．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(chǎn)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錳離子，其使用的最佳pH范圍是B．
A． 2.0～2.5B． 3.0～3.5C． 4.0～4.5D． 5.0～5.5
（6）力測定粗產(chǎn)品中CoCl₂•H₂O的含量，稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量AgNO₃溶液，過濾、洗滌，將沉淀烘干后稱其質(zhì)量．通過計算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分數(shù)大于100%，其原因可能是粗產(chǎn)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和亞硫酸鈉，亞硫酸有還原性，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀鹽酸、亞硫酸鈉反應生成可溶性的離子，得到的浸出液為CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MnCl₂、NaCl，然后向溶液中加入氯酸鈉，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)pH，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，然后過濾，向濾液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl₂，為得到CoCl₂•6H₂O晶體，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶而得到粗產(chǎn)品，據(jù)此分析．

解答 解：（1）亞硫酸根離子具有還原性，Co₂O₃具有氧化性，浸出過程中Co₂O₃和亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應生成硫酸根離子和Co²⁺，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具有氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子，氯酸根離子被還原生成氯離子，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)生氧化還原反應生成氯氣，其反應的離子方程式為：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（3）惰性電極電解CoCl₂溶液，陽極為失電子化合價升高的一極，電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（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、冷卻結晶和過濾，
由題可知CoCI₂•6H₂O熔點為86℃，加熱至110～120℃時，失去結晶水生成無水氯化鈷，故CoCl₂•6H₂O在烘干時需減壓烘干以降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶；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(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：除去錳離子；B；
（6）根據(jù)CoCl₂•6H₂O的組成分析，造成產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分數(shù)大于100%的原因可能是：1、含有雜質(zhì)，導致氯離子含量大，2、結晶水化物失去部分水，導致相同質(zhì)量的固體中氯離子含量變大；
故答案為：粗產(chǎn)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(zhì)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(zhì)的性質(zhì)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．