Question

用金屬鈷板（含少量Fe、Ni）制備應(yīng)用廣泛的氯化鈷的工藝流程如圖：

注：鈷與鹽酸反應(yīng)極慢，需加入催化劑硝酸才可能進行實際生產(chǎn)．有關(guān)鈷、鎳和鐵化合物的性質(zhì)見表：

化學(xué)式	沉淀完全時的pH	有關(guān)性質(zhì)
Co（OH）2	9.4	Co+2HCl=CoCl2+H2↑ Co2++2NH3?H2O=Co（OH）2↓+2NH4+ Co2++2H2O?Co（OH）2+2H+ Ni+2HCl=NiCl2+H2↑ Ni2++6NH3?H2O=[Ni（NH3）6]2++6H2O
Fe（OH）2	9.6
Fe（OH）3	3.7

（1）“除鎳”步驟中，NH₃?H₂O用量對反應(yīng)收率的影響見表：從表中可知x=

 

時，除鎳效果最好．

加NH3?H2O調(diào)pH	收率/%	Ni2+的含量/%
9	98.1	0.08
9.5	98	0.05
10	97.6	0.005
10.3	94	0.005

（2）“除鎳”步驟必須控制在一定時間內(nèi)完成，否則沉淀中將有部分Co（OH）₂轉(zhuǎn)化為Co（OH）₃，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）“除鐵”步驟中加入純堿的作用是（請用離子方程式表示）

 

．
（4）在“調(diào)pH”步驟中，加入鹽酸的作用是

 

．
（5）已知25℃時，K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，則該溫度下反應(yīng)
Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)K=

 

．
（6）已知：FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g）△H=-218kJ?mol^-1
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ?mol^-1
寫出CO氣體還原Fe₃O₄固體得到Fe固體和CO₂氣體的熱化學(xué)方程式：

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)結(jié)合實際來回答判斷；
（2）鈷離子易從正二價被氧氣氧化到正三價；
（3）加入純堿碳酸鈉可以和酸發(fā)生反應(yīng)，起到調(diào)節(jié)溶液的pH的作用；
（4）鈷離子是弱堿陽離子，能發(fā)生水解，顯示酸性；
（5）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達式結(jié)合沉淀溶解溶度積規(guī)則進行計算；
（6）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需讓化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)知道，當(dāng)pH等于10的時候，收率最高，鎳離子的含量最小，除鎳效果最好，故答案為：10；
（2）鈷離子易從正二價容易被氧氣氧化到正三價，發(fā)生的化學(xué)方程式為：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃，故答案為：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃；
（3）加入純堿碳酸鈉可以和酸發(fā)生反應(yīng)，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，可以讓鐵離子形成沉淀而除去，所以加入的純堿作用是起到調(diào)節(jié)溶液的pH的作用，2Fe³⁺+3CO₃^2-+H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：使得鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀而除去；
（4）鈷離子是弱堿陽離子，能發(fā)生水解，顯示酸性，加入鹽酸可以防止Co²⁺水解，故答案為：防止Co²⁺水解；
（5）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=

10-14

c(OH-)

，反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)
K=

c3(H+)

c(Fe3+)

=

10-42

c(Fe3+)c3(OH-)

=2.5×10^-5，故答案為：2.5×10^-5；
（6）①FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g）△H=-218kJ?mol^-1
②Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①×3+②得到CO氣體還原Fe₃O₄固體得到Fe固體和CO₂氣體的熱化學(xué)方程式：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-13.5KJ/mol，
故答案為：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-13.5KJ/mol．

點評：本題是一道實驗探究題，能較好的考查學(xué)生分析和解決問題的能力，注意實驗方案的設(shè)計原理和步驟利用關(guān)系式計算，依據(jù)已有的知識結(jié)合物質(zhì)間反應(yīng)的實驗現(xiàn)象進行物質(zhì)成分的推斷，是解答的關(guān)鍵，平時注意打好扎實的基礎(chǔ)知識和靈活應(yīng)用知識解決問題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．