Question

3．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：

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）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）“加Na₂CO₃调pH至a”，过滤所得到的两种沉淀的化学式为Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（4）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溶液中的Mn²⁺；其使用的最佳pH范围是B．
A．2.0～2.5   B．3.0～3.5
C．4.0～4.5    D．5.0～5.5
（6）为测定粗产品中CoCl₂•6H₂O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、Na₂SO₃，加入盐酸和Na₂SO₃，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，发生氧化还原反应可得到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）酸性条件下，Co₂O₃和SO₃^2-发生氧化还原反应生成Co²⁺、SO₄^2-；
（2）酸性条件下，氯酸根离子能氧化亚铁离子生成铁离子，自身被还原生成氯离子；
酸性条件下ClO₃^-和Cl^-发生氧化还原反应生成Cl₂；
（3）“加Na₂CO₃调pH至a”，目的是除去铁离子、铝离子，所以需要将铁离子、铝离子转化为沉淀；
（4）CoCl₂•6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴；
（5）由表中数据可知，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；
（6）根据CoCl₂•6H₂O的组成分析，可能是含有杂质，也可能是失去部分水．

解答 解：含钴废料中加入盐酸、Na₂SO₃，加入盐酸和Na₂SO₃，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入NaClO₃，发生氧化还原反应可得到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）酸性条件下，Co₂O₃和SO₃^2-发生氧化还原反应生成Co²⁺、SO₄^2-，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）酸性条件下，氯酸根离子能氧化亚铁离子生成铁离子，自身被还原生成氯离子，离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
酸性条件下ClO₃^-和Cl^-发生氧化还原反应生成Cl₂，所以可能可能产生有毒气体氯气，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）“加Na₂CO₃调pH至a”，目的是除去铁离子、铝离子，所以需要将铁离子、铝离子转化为沉淀，碳酸根离子和铝离子、铁离子发生双水解反应生成二氧化碳和氢氧化物沉淀，所以这两种沉淀的化学式为Fe（OH）₃、Al（OH）₃，故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（4）CoCl₂•6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴，所以制得的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，故答案为：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：除去溶液中的Mn²⁺；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：含有杂质，导致氯离子含量大或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，理解工艺流程图中可能发生的反应、实验操作与设计目的、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，题目难度中等．