Question

14．由水鈷礦[主要成分為Co₂O₃、Co（OH）₃，還含有少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等]制取CoCl₂•6H₂O的工藝流程如下：

已知：①浸出液中含有的陽(yáng)離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等．
②流程中部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表．

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
開(kāi)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(diǎn)為86℃，加熱至110-120℃時(shí)，失去結(jié)晶水生成CoCl₂．
回答下列問(wèn)題：
（1）浸出過(guò)程中Co₂O₃發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Co₂O₃+Na₂SO₃+4HCl=2CoCl₂+Na₂SO₄+2H₂O
（2）NaClO₃在浸出液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O
（3）“加Na₂CO₃調(diào)pH至5.2”，過(guò)濾所得濾渣的主要成分為Fe（OH）₃、Al（OH）₃（填化學(xué)式）．
（4）萃取劑對(duì)金屬離子的萃取與溶液pH的關(guān)系如圖2所示，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（填選項(xiàng)字母）
A.2.0-2.5   B.3.0-3.5C.4.0-4.5   D.5.0-5.5
（5）制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時(shí)需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解．為測(cè)定粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O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(guò)濾、洗滌，將沉淀烘干后稱其質(zhì)量．通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，其原因可能是（寫(xiě)兩條）：①粗產(chǎn)品含有可溶性氯化物，②晶體失去了部分結(jié)晶水．

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀鹽酸反應(yīng)生成可溶性的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至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，然后過(guò)濾，向?yàn)V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(jié)晶而得到粗產(chǎn)品，
（1）浸出過(guò)程中Co₂O₃和亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子和Co²⁺；
（2）NaClO₃具有氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子；
（3）加Na₂CO₃調(diào)pH至5.2所得沉淀為Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀；
（4）由表中數(shù)據(jù)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；
（5）減壓烘干是為了防止晶體分解，根據(jù)CoCl₂•6H₂O的組成分析，可能是含有雜質(zhì)，也可能是失去部分水．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀鹽酸反應(yīng)生成可溶性的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至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，然后過(guò)濾，向?yàn)V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(jié)晶而得到粗產(chǎn)品，
（1）亞硫酸根離子具有還原性，Co₂O₃具有氧化性，浸出過(guò)程中Co₂O₃和亞硫酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸根離子和Co²⁺，化學(xué)方程式為：Co₂O₃+Na₂SO₃+4HCl=2CoCl₂+Na₂SO₄+2H₂O，
故答案為：Co₂O₃+Na₂SO₃+4HCl=2CoCl₂+Na₂SO₄+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，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（3）加Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，鋁離子能與碳酸根離子發(fā)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(fā)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↑；
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）根據(jù)流程圖可知，此時(shí)溶液中存在Mn²⁺、Co²⁺金屬離子，由萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)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：除去溶液中的Mn²⁺；B；
（5）CoCl₂•6H₂O熔點(diǎn)為86℃，加熱至110-120℃時(shí)，失去結(jié)晶水生成CoCl₂，制得的CoCl₂•6H₂O在烘干時(shí)需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解，根據(jù)CoCl₂•6H₂O的組成分析，造成產(chǎn)品中CoCl₂•6H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%的原因可能是：1、含有含氯離子的雜質(zhì)，導(dǎo)致氯離子含量大，2、結(jié)晶水化物失去部分水，導(dǎo)致相同質(zhì)量的固體中氯離子含量變大，
故答案為：降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；粗產(chǎn)品含有可溶性氯化物；晶體失去了部分結(jié)晶水．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷能力，涉及氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、pH與沉淀的關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作是解本題關(guān)鍵，熟悉常見(jiàn)化合物的性質(zhì)，題目難度中等．