题目内容

2．CoCl2•6H2O在饲料、医药工业上有广泛的用途．下列是以含钴废料（含少量Fe、Al等杂质）为原料制取CoCl2•6H2O的一种新工艺流程如图1：

已知：①钴与盐酸反应的化学方程式为：Co+2HCl=CoCl2+H2↑
②CoCl2•6H2O熔点86℃，易溶于水；常温下稳定无毒，加热至110～120℃时，失去结晶水变成有毒的无水氯化钴
③部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2Co（OH）2Al（OH）3
开始沉淀2.77.57.63.8
完全沉淀3.29.79.25.2
请回答下列问题：
（1）加入碳酸钠调节pH至a，a的范围是5.2～7.6．
（2）操作Ⅰ包含3个基本实验操作，它们是蒸发浓缩、冷却结晶和过滤．
（3）制得的CoCl2•6H2O需减压烘干的原因是降低烘干温度，防止产品分解．
（4）在上述新工艺中，用“盐酸”代替原工艺中“盐酸与硝酸的混酸”直接溶解含钴废料，其主要优点为减少有毒气体的排放，防止大气污染、防止产品中混有硝酸盐．原工艺较新工艺也有优点，其主要优点是流程的步骤减小，工艺减化．
（5）含钴物质在工业上有重要用途，有一种电化学法除去甲醇的污染，其原理是：通电后将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中甲醇氧化成CO2而净化．实验室用如图2装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式Co2+-e-=Co3+．
②除去甲醇的离子反应为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+，该过程中被氧化的元素是碳元素，当生产过程中产生标况下2.24LCO2时，共转移电子数为3.612×1023．

分析 含钴废料中加入盐酸，可得CoCl2、AlCl3、FeCl2，加入过氧化氢，可得到FeCl3，然后加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl2，为得到CoCl2•6H2O晶体，应空气温度在86℃以下，加热时要防止温度过高而失去结晶水，可减压烘干，
（1）调节溶液的PH值，使溶液中铁离子和铝离子生成沉淀，而钴离子存在溶液中，从而将铁离子、铝离子和钴离子分开；
（2）根据从溶液中制取固体的方法制取氯化钴固体，从而确定操作步骤；
（3）温度高时，CoCl2•6H2O分解；
（4）金属和盐酸反应生成氯化物，和硝酸反应生成硝酸盐，同时生成一氧化氮；但硝酸有强氧化性，可以代替双氧水氧化亚铁离子；
（5）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，据此书写电极反应式；
②在反应6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+中，碳从-2价被氧化成+4价，每产生1mol二氧化碳，转移6mol电子，据此答题；

解答 解：含钴废料中加入盐酸，可得CoCl2、AlCl3、FeCl2，加入过氧化氢，可得到FeCl3，然后加入Na2CO3调pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl2，为得到CoCl2•6H2O晶体，应空气温度在86℃以下，加热时要防止温度过高而失去结晶水，可减压烘干，（1）金属和盐酸反应生成氯化物，和硝酸反应生成硝酸盐，同时生成一氧化氮，
（1）废料加入盐酸后生成氯化物，然后加入双氧水，二价铁离子被双氧水氧化生成三价铁离子，根据沉淀的PH值表格知，当溶液的PH值为5.2时，铁离子和铝离子被完全沉淀，当溶液的PH值为7.6时，钴离子才开始产生沉淀，所以要想将铁离子、铝离子和钴离子分离，溶液的pH值应该不小于5.2不大于7.6，；
故答案为：5.2～7.6；
（2）从溶液中制取固体的方法制取氯化钴固体，其操作步骤是蒸发浓缩、冷却结晶和过滤，
故答案为：冷却结晶；
（3）根据题意知，CoCl2•6H2O常温下稳定无毒，加热至110～120℃时，失去结晶水变成有毒的无水氯化钴，为防止其分解，制得的CoCl2•6H2O需减压烘干，
故答案为：降低烘干温度，防止产品分解；
（4）金属和盐酸反应生成氯化物，和硝酸反应生成硝酸盐，同时生成一氧化氮，导致氯化物中含有硝酸盐杂质，且生成有毒气体，污染环境，原工艺较新工艺也有优点，就是用硝酸可以代替双氧水，使得流程的步骤减小，工艺减化，
故答案为：减少有毒气体的排放，防止大气污染；防止产品中混有硝酸盐；流程的步骤减小，工艺减化；
（5）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；
故答案为：Co2+-e-=Co3+；
②在反应6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+中，碳从-2价被氧化成+4价，所以被氧化的元素是碳元素，每产生1mol二氧化碳，转移6mol电子，标况下产生2.24LCO2时，即0.1mol，共转移电子数0.6×6.02×1023=3.612×1023，
故答案为：碳元素；3.612×1023．

点评 本题考查了实验方案设计中的有关知识，难度较大，比较突出的难点是信息题中信息的阅读、提取有用信息然后进行加工的方法不会，从而导致做题错误较多．

练习册系列答案
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1．分类是化学学习和研究的常用方法之一．下列物质的分类正确的是（　　）
A．生石灰是氧化物B．甲烷属于电解质C．纯碱属于碱D．铝是常用氧化剂
2．现有下列有机物：
A．C2H50H；B．C6H50H；C．CH2=CH-CH3； D．葡萄糖； E淀粉； F．蔗糖； G．麦芽糖；H．CH3COOCH3
（1）能用来杀菌的是A（填字母代号，下同）．
（2）能与Na0H溶液反应的是BH
（3）常温下能和溴水反应的是C
（4）能和银氨溶液反应的是DG
（5）在一定条件下能形成高分子化合物的是C
（6）能水解最终生成一种有机物的是EG．
10．工业上常用Na制备钛、钽、铌、锆等．如制钛，常有如下操作步骤，请完成其中的问题：
（1）用90%浓H2SO4溶解钛铁矿（FeTiO3），反应方程式为、：
FeTiO3+3H2SO4═FeSO4+Ti（SO4）2+3H2O
在除去不溶性杂质后，结晶析出FeSO4•7H2O时，为保持较高的酸度不能加水，其原因可能为BC．
A．防止Fe2+被氧化
B．防止Ti（SO4）2水解
C．减少FeSO4•7H2O的溶解量
D．减少Ti（SO4）2的溶解量
（2）在除去杂质后，又需加大量水稀释以降低酸度，同时加热以生成TiO（OH）2沉淀，过滤，将TiO（OH）2热分解即得钛白粉（TiO2）．除杂后加水稀释和加热的目的是促进Ti（SO4）2水解． 
（3）在高温HCl气流中，TiO2可转化为TiCl4，反应方程式为TiO2+4HCl$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl4+2H2O．
（4）将TiCl4与Na共熔即得Ti，反应方程式为TiCl4+4Na$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Ti+4NaCl，若用TiCl4溶液与Na反应制Ti，则不能达到预期目的，原因是钠与TiCl4溶液反应时，钠首先与溶液中的水反应生成NaOH和氢气，不能达到预期目的．
17．锌锰废电池可回收锌、锰元素生产硫酸锌及碳酸锰，其中生产碳酸锰的主要工艺如下：

试回答下列问题：
（1）硫酸锌水溶液显酸性，用离子方程式说明Zn2++2H2O?Zn（OH）2+2H+．
（2）原料锰粉粗品中主要成分为MnO2和炭，在过程①焙烧时反应的化学方程式为MnO2+C═MnO+CO↑，该反应的氧化产物是CO，每生成44.8L（标准状况下）气体时转移电子数为4NA．
（3）在50～55℃时向过程③中MnSO4的母液中加入足量NH4HCO3，有气体生成，其化学方程式为：MnSO4+2NH4HCO3=（NH4）2SO4+MnCO3↓+H2O+CO2↑．
（4）已知三种离子沉淀的pH范围为Fe3+：2.7～3.7． Mn2+：8.6～10.1，Fe2+：7.6～9.6．下表是上述过程②中除去Fe2+的模拟操作方法，请完成下表内容：
实验操作离子方程式
步骤1：取少量滤液于试管中，加入过量酸化的H2O2溶液，振荡．
2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
步骤2：将pH调到3.7～8.6，使Fe3+沉淀完全．Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+
7．一种以黄铜矿和硫磺为原料制取铜和其他产物的新工艺，原料的综合利用率较高．其主要流程如下：

注：反应Ⅱ的离子方程式为Cu2++CuS+4Cl-=2[CuCl2]-+S↓
请回答下列问题：
（1）反应Ⅰ的产物为FeS2、CuS（填化学式）．
（2）反应Ⅲ的离子方程式为4CuCl2-+O2+4H+=4Cu2++8Cl-+2H2O．
（3）一定温度下，在反应Ⅲ所得的溶液中加入稀硫酸，可以析出硫酸铜晶体，其可能的原因是该温度下，硫酸铜的溶解度小于氯化铜、加入硫酸，有利于析出硫酸铜晶体．
（4）炼钢时，可将铁红投入熔融的生铁中，该过程中主要反应的化学方程式是3C+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO↑．
（5）某硫酸厂为测定反应Ⅳ所得气体中SO2的体积分数，取280mL（已折算成标准状况）气体样品与足量Fe2（SO4）3溶液完全反应后，用浓度为0.02000mol•L-1的K2Cr2O7标准溶液滴定至终点，消耗K2Cr2O7溶液25.00mL．已知：Cr2O72-+Fe2++H+→Cr3++Fe3++H2O（未配平）反应Ⅳ所得气体中SO2的体积分数为12.00%．
14．700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）．反应过程中测定的部分数据见下表（表中t1＞t2），则下列说法正确的是（　　）
反应时间/minn（CO）/molH2O/mol
01.200.60
t10.80
t20.20
A．反应在t1min内的平均速率为v（H2）=0.40/t1mol•L-1•min-1
B．温度升至800℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应
C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20molH2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率减小
D．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60molCO和1.20 molH2O，到达平衡时，n（CO2）=0.40 mol
11．用已知物质的量浓度的盐酸滴定未知物质的量浓度的氢氧化钠溶液，下列操作会导致测定结果偏高的是（　　）
A．用标准的盐酸溶液润洗酸式滴定管2-3次
B．用待测碱液润洗碱式滴定管2-3次
C．用待测碱液润洗锥形瓶2-3次
D．用蒸馏水润洗锥形瓶2-3次
12．下列实验操作：①用50mL量筒量取5mL蒸馏水；②称量没有腐蚀性固体药品时，把药品放在托盘上称量；③浓硫酸沾到皮肤上要立即用大量水冲洗；④倾倒液体时试剂不对准容器口；⑤块状药品都要用药匙取用；⑥固体药品用细口瓶保存．其中错误的是（　　）
A．①②③B．③④C．②⑤⑥D．①②③④⑤⑥

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