Question

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

已知：①浸出液中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见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	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

③CoCl₂•6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴．
（1）水钴矿进行预处理时加入Na₂SO₃的主要作用是还原Co³⁺．
（2）写出NaClO₃在浸出液中发生主要反应的离子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；；若不慎向“浸出液”中加了过量的NaClO₃，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）“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．
（4）浸出液加Na₂CO₃调pH至5.2时，过滤所得到的沉淀成分为Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（5）萃取剂的作用是除去溶液中的Mn²⁺；．
（6）为测定粗产品中CoCl₂•6H₂O的含量，称取16.4克的粗产品溶于水配成100.0mL溶液，从中取出25.0mL与足量AgNO₃溶液混合，过滤、洗涤，将沉淀烘干后称其质量为4.6克．则粗产品中CoCl₂•6H₂O的质量分数是93.0%．

Answer 1

分析 含钴废料中加入盐酸，加入盐酸和亚硫酸钠，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，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，应控制温度在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）水钴矿进行预处理时，Na₂SO₃是还原剂，还原Co³⁺；
（2）NaClO₃的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；在酸性条件下，NaClO₃与氯离子发生氧化还原反应生成氯气；
（3）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；温度高时，CoCl₂•6H₂O分解；
（4）根据铝离子、铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成沉淀和二氧化碳进行解答；
（5）由流程图可知，加入萃取剂，萃取Mn²⁺；
（6）根据CoCl₂•6H₂O关系式求质量分数．

解答 解：（1）水钴矿进行预处理时，Na₂SO₃是还原剂，还原Co³⁺为Co²⁺，反应的离子方程式为：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：还原Co³⁺；
（2）NaClO₃的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其反应的离子方程式为：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）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；
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：蒸发浓缩；冷却结晶；降低烘干温度，防止产品分解；
（4）NaClO₃的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加Na₂CO₃调pH至a，铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳，水解的离子方程式为：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁和二氧化碳，水解的离子方程式为：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，所以沉淀成分为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（5）根据流程图可知，此时溶液中存在Mn²⁺、Co²⁺离子，
故答案为：除去溶液中的Mn²⁺；
（6）根据CoCl₂•6H₂O～2AgCl，16.4g
          238         287
           x          4.6g，x=3.81g
则粗产品中CoCl₂•6H₂O的质量分数是$\frac{3.82g×\frac{100mL}{25mL}}{16.4g}$×100%=93.0%，
故答案为：93.0%．

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，题目难度大，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．