Question

18．CoCl₂•6H₂O是一种饲料营养强化剂．一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂•6H₂O的工艺流程如图1：

已知：
①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、CO²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表（金属离子浓度为0.01mol/L）：

淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀	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熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴．
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O．
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O．
（3）惰性电极电解CoCl₂溶液的阳极电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑．（注：横坐标依次为1-6；单位PH）
（4）“操作1”中包含3个基本实验操作，它们依次是蒸发浓缩、冷却结晶和过滤．制得的CoCl₂•6H₂O在烘干时需减压烘干的原因是降低烘干温度，防止产品分解．
（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图向“滤液”中加入萃取剂的目的是除去锰离子，其使用的最佳pH范围是B．
A． 2.0～2.5B． 3.0～3.5C． 4.0～4.5D． 5.0～5.5
（6）力测定粗产品中CoCl₂•H₂O的含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量AgNO₃溶液，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量．通过计算发现粗产品中CoCl₂•6H₂O的质量分数大于100%，其原因可能是粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水．（答一条即可）

Answer 1

分析 含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠，亚硫酸有还原性，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀盐酸、亚硫酸钠反应生成可溶性的离子，得到的浸出液为CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MnCl₂、NaCl，然后向溶液中加入氯酸钠，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃调pH，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，然后过滤，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl₂，为得到CoCl₂•6H₂O晶体，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶而得到粗产品，据此分析．

解答 解：（1）亚硫酸根离子具有还原性，Co₂O₃具有氧化性，浸出过程中Co₂O₃和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成硫酸根离子和Co²⁺，离子方程式为Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
故答案为：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；
（2）NaClO₃具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，氯酸根离子被还原生成氯离子，离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；在酸性条件下，NaClO₃与氯离子发生氧化还原反应生成氯气，其反应的离子方程式为：ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
故答案为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；ClO₃^-+5Cl^-+6H⁺=3Cl₂↑+3H₂O；
（3）惰性电极电解CoCl₂溶液，阳极为失电子化合价升高的一极，电极反应式为2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（4）利用从溶液中制取固体的方法制取氯化钴固体，其操作步骤为：蒸发浓缩、冷却结晶和过滤，
由题可知CoCI₂•6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴，故CoCl₂•6H₂O在烘干时需减压烘干以降低烘干温度，防止产品分解；
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶；降低烘干温度，防止产品分解．
（5）根据流程图可知，此时溶液中存在Mn²⁺、Co²⁺金属离子；由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知，调节溶液PH在3.0～3.5之间，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺转化为Co（OH）₂沉淀，
故答案为：除去锰离子；B；
（6）根据CoCl₂•6H₂O的组成分析，造成产品中CoCl₂•6H₂O的质量分数大于100%的原因可能是：1、含有杂质，导致氯离子含量大，2、结晶水化物失去部分水，导致相同质量的固体中氯离子含量变大；
故答案为：粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水．

点评 本题通过制取CoCl₂•6H₂O的工艺流程，考查了物质制备方案的设计，题目难度中等，理解工艺流程图、明确实验操作与设计及相关物质的性质是解答本题的关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．