Question

19．有关钴和铁化合物的性质见下表．用含钴废料（含少量铁）可制备氯化钴：Co+2HCl═CoCl₂+H₂↑，工艺流程如下，试回答：

物质	溶度积Ksp	沉淀完全时的pH
Co（OH）2	5.9×10-15	9.4
Fe（OH）2	1.6×10-14	9.6
Fe（OH）3	1.1×10-36	3.7

（1）钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀的正极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．
（2）生铁中含有一种铁碳化合物X（Fe₃C）．X在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，Y可溶于过量盐酸，形成黄绿色的溶液，写出Y与盐酸反应的化学方程式Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O．
（3）“净化除铁”中，写出加入H₂O₂时反应的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）滤液的主要成分是CoCl₂、NaCl、HCl．
（5）②步中用Na₂CO₃调pH≈4的原因是碳酸钠可与盐酸反应，降低溶液的酸性，增大pH，使铁离子沉淀完全．

Answer 1

分析 含钴废料（含少量铁）加入盐酸，可得CoCl₂、FeCl₂，加入过氧化氢，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃调pH至4，可得到Fe（OH）₃沉淀，过滤后所得滤液主要含有CoCl₂、NaCl、HCl，为得到CoCl₂•6H₂O晶体，防止钴离子水解，加盐酸调节pH值在2～3，然后结晶、干燥得氯化钴晶体，
（1）钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀，正极为氧气得电子生成氢氧根离子；
（2）Fe₃C在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y应为四氧化三铁，四氧化三铁可溶于过量盐酸，生成氯化铁和氯化亚铁；
（3）双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为正三价；
（4）当除尽Fe³⁺后，滤液中所含溶质有NaCl、CoCl₂；
（5）根据K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），pH=-lgc（H⁺），可知，pH＞4Fe（OH）₃沉淀完全；

解答 解：（1）钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀，正极为氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
（2）Fe₃C在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y应为四氧化三铁，四氧化三铁可溶于过量盐酸，生成氯化铁和氯化亚铁，反应的化学方程式为Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O，
故答案为：Fe₃O₄+8HCl=2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O；
（3）双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为正三价，发生的化学反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）除去Fe³⁺，滤液中主要含有NaCl、CoCl₂、以及极少量的HCl，
故答案为：CoCl₂、NaCl、HCl；
（5）滤液中（Fe³⁺）≤1.0×10^-5mol/L时，可视为Fe³⁺沉淀完全，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-35=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=1.0×10^-5mol•L^-1×c³（OH^-），所以c（OH^-）=10^-10mol•L^-1，c（H⁺）=$\frac{10{\;}^{-14}}{10{\;}^{-10}}$mol•L^-1=10^-4mol•L^-1，PH=-lgc（H⁺）=-lg10^-4=4，所以为了使Fe³⁺完全沉淀，用Na₂CO₃调pH≈4，碳酸钠可与盐酸反应，降低溶液的酸性，增大pH，使铁离子沉淀完全，
故答案为：碳酸钠可与盐酸反应，降低溶液的酸性，增大pH，使铁离子沉淀完全；

点评 本题综合考查物质的制备和提纯等知识，是一道综合性很强的实验探究题，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高考常见题型，注意把握实验的操作原理和步骤，把握相关物质的性质，难度中等．