Question

【題目】常溫下，用含鉆廢料（主要成分為CoCO3，還含有少量NiCO3與鐵屑）制備CoCl2·6H2O的工藝流程如下：

已知：①除鎳過程中溶液pH對(duì)產(chǎn)品中鈷的回收率及產(chǎn)品中鎳元素的含量的影響如圖所示。

②部分金屬離子在實(shí)驗(yàn)條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示。

金屬離子	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe3+	1.5	4.1
Fe2+	7.5	9.7
Co2+	6.6	9.4
Ni2+	6.7	9.5

回答下列問題：

（1）酸浸后，溶液中的陽離子有Co2＋、Ni2＋、________。

（2）除鎳時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH=________，此時(shí)Ni2＋是否形成Ni(OH)2沉淀？________（填“是”或“否”）。若pH過小，則產(chǎn)品純度會(huì)______（填“升高”“降低”或“不變”）。

（3）酸溶時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH為8時(shí)，溶液中n(Fe3＋)：n(Co2＋)＝______。（已知：Ksp［Co(OH)2］＝2．0×10－16，Ksp［Fe(OH)3］＝4．0×10－38

（4）除鐵時(shí)，先向溶液中滴加適量30％H2O2溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________；充分反應(yīng)后再向溶液中加入CoCO3，調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為_________，使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，最后過濾得到CoCl2溶液。

（5）已知：Ag＋＋SCN－ ==AgSCN↓。為測定粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的含量，稱取11．9g粗產(chǎn)品溶于水配成100mL溶液，從中取出25．00mL，先加入含0．03 mol AgNO3的溶液（雜質(zhì)不反應(yīng)），再用0．50molL—1的KSCN溶液滴定過量的AgNO3，該滴定操作所用的指示劑應(yīng)為______（填化學(xué)式）溶液；若消耗20．00 ml KSCN溶液，則該粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。

Answer 1

【答案】Fe2+、H+ 10 否 降低 2.0×10-16：1（或2.0×10-16） 2Fe2+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O 4.1≤pH < 6.6 Fe(NO3)3 80%

【解析】

含鈷廢料（含CoCO3、少量NiCO3與鐵屑）加稀鹽酸酸浸，得到Co2+、Ni2+、Fe2+的溶液，加氨水將Co2+、Fe2+沉淀，過濾，向沉淀中加入鹽酸酸浸得到Co2+、Fe2+，向溶液中滴加適量30%H2O2，氧化亞鐵離子，向溶液中加入CoCO3，調(diào)節(jié)溶液pH范圍為4.l≤pH<6.6，使Fe3+沉淀完全，過濾得CoCl2溶液，結(jié)晶干燥得CoCl26H2O，據(jù)此分析解答。

（1）鐵屑與酸反應(yīng)生成Fe2+和氫氣；

（2）依據(jù)已知信息①，結(jié)合圖像綜合分析作答，除鎳過程中，Ni元素在濾液中，Co元素在濾渣中；

（3）根據(jù)溶度積公式分別計(jì)算出溶液中的Fe3＋和Co2＋的濃度，得出結(jié)論；

（4）加入30％H2O2溶液，其目的是氧化Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋，便于沉淀；結(jié)合金屬離子沉淀所需的pH表中數(shù)據(jù)作答；

（5）KSCN溶液遇Fe3＋會(huì)變紅；消耗的KSCN的物質(zhì)的量可計(jì)算得出過量的Ag＋，根據(jù)關(guān)系式1Ag＋1ClCoCl2·6H2O，得出樣品中的CoCl2·6H2O的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出原產(chǎn)品中的CoCl2·6H2O的質(zhì)量，得出結(jié)論。

（1）酸浸后，鐵屑與酸反應(yīng)生成Fe2+和H2，同時(shí)剩余溶液中還有過量的鹽酸，則溶液中的陽離子除有Co2＋、Ni2＋以外，還有Fe2+、H+，

故答案為：Fe2+、H+；

（2）除鎳過程中產(chǎn)品中鈷的回收率隨著溶液pH的增大而降低，產(chǎn)品中鎳元素的含量在pH = 10以后幾乎不變，pH=10時(shí)，Co的回收率高且Ni的含量低，流程中除鎳，Co元素在濾渣中，Ni元素在濾液中，故未形成沉淀；若pH過小，除鎳不完全，溶液中鎳元素的含量增大，則產(chǎn)品的純度會(huì)降低，

故答案為：10；否；降低；

（3）常溫下，酸溶時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH為8時(shí)，溶液中c(OH) = = 1×10-6，因Ksp［Co(OH)2］＝c(Co2＋)×c2(OH) = 2.0×10－16，所以c(Co2＋) = = = 2.0×10-4，同理可知c(Fe3＋) = = = 4.0×10-20，又溶液的體積一定，則溶液中的n(Fe3＋)：n(Co2＋)＝c(Fe3＋) ：c(Co2＋) = = 2.0×10-16：1 = 2.0×10-16，

故答案為：2.0×10-16：1（或2.0×10-16）；

（4）除鐵時(shí)，先向溶液中滴加適量30％H2O2溶液，將Fe2＋氧化為Fe3＋，其離子方程式為：2Fe2+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O，充分反應(yīng)后再向溶液中加入CoC3，調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，所需pH≥4.1，又要保證溶液中的Co2＋不沉淀，則pH<6.6，故適宜的pH范圍為：4.1≤pH < 6.6，

故答案為：2Fe2+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+ + 2H2O；4.1≤pH < 6.6；

（5）因KSCN溶液遇Fe3＋會(huì)變紅，為防止對(duì)銀離子產(chǎn)生干擾，在操作過程中可選用Fe(NO3)3（不能用氯化鐵或硫酸鐵）作為指示劑，Ag＋＋SCN－ ==AgSCN↓，則KSCN消耗的Ag＋的物質(zhì)的量n(Ag＋) = n(SCN－) = 0.5 mol/L×20×10-3 L = 0.01 mol，加入的AgNO3的物質(zhì)的量為0.03 mol，說明與CoCl2·6H2O反應(yīng)的AgNO3的物質(zhì)的量為0.03 mol - 0.01 mol =0.02 mol，根據(jù)關(guān)系式1Ag＋1ClCoCl2·6H2O可知，25 mL溶液樣品中CoCl2·6H2O的物質(zhì)的量為×0.02 mol = 0.01mol， 100 mL溶液中的CoCl2·6H2O的質(zhì)量為×0.01mol×238 g/mol = 9.52 g，則該粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ×100% = 80%,

故答案為：Fe(NO3)3；80%