题目内容

【题目】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 CoCl2·6H2O熔点为86℃,加热至110~120℃时,失去结晶水生成无水氯化钴。

③ 部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:(金属离子浓度为:0.01 mol/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

(1)水钴矿进行预处理时加入Na2SO3,其主要作用是(用化学方程式说明) 。

(2)写出NaClO3在浸出液中发生主要反应的离子方程式 ;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 。

(3)“系列操作”中包含3个基本实验操作依次是 、 和过滤。

(4)浸出液加Na2CO3调pH至5.2 时,所得滤液中金属离子有 ;萃取液中含有的主要金属阳离子是 。

(5)为寻找合适的萃取剂,发现某种萃取剂对部分离子的萃取率与溶液pH 的关系如下图所示。请写出有关萃取规律,并说明本流程是否能用该萃取剂进行萃取。

【答案】(1)2Co3++SO32-+H2O=2Co2++SO42-+2H+

(2)6Fe2++ClO3-+6H+=6Fe3++Cl-+3H2O ClO3-+5Cl-+6H+=3Cl2↑+3H2O

(3)蒸发浓缩 冷却结晶

(4)Mn2+、Co2+、Na+ Mn2+

(5)同种离子的萃取率随pH值增大而增加;当pH值达5.2时,Mn2+、Co2+的萃取率均接近100%,因此不能将其分离开来(或相同pH时,不同离子萃取率顺序为 Fe3+ 、Cu2+ 、Mn2+、Co2+、Ni2+,或当pH达到5及5以上时,各离子的萃取率均已接近100%)

【解析】

试题分析: (1)根据首尾分析法可知,预处理时使用还原剂Na2SO3的目的是将Co3+还原为Co2+,由电子、电荷、原子守恒原理配平可得:2 Co3+ + SO32- + H2O = 2 Co2+ + SO42- + 2 H+;(2)根据已知信息①,浸出液中加入氧化剂NaClO3的目的是将浸出步骤形成的Fe2+氧化为Fe3+,由电子、电荷、原子守恒原理配平可得:6 Fe2+ + ClO3- + 6 H+ = 6 Fe3+ + Cl- + 3 H2O;过量的NaClO3可以将Cl-氧化为氯气,由电子、电荷、原子守恒原理配平可得:ClO3- + 5Cl- + 6H+ = 3Cl2↑ + 3 H2O;(3)根据已知信息②和结晶水化合物的制备方法,从萃取余液到CoCl2·6H2O粗产品,需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥等系列操作;(4)由已知信息③可知,浸出液加Na2CO3调pH至5.2 时,Fe3+、Al3+已经完全沉淀,Co2+、Mn2+还未开始沉淀,因此所得滤液中金属离子有Mn2+、Co2+、Na+;加入萃取剂的目的是除去Mn2+,使其进入萃取液,同时使Co2+进入萃取余液;(5)读图可知,同种离子的萃取率随pH值增大而增加;当pH值达5.2时,Mn2+、Co2+的萃取率均接近100%,因此不能将其分离开来(或相同pH时,不同离子萃取率顺序为 Fe3+ 、Cu2+ 、Mn2+、Co2+、Ni2+,或当pH达到5及5以上时,各离子的萃取率均已接近100%)。

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