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、A1₂O₃、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）；

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）若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₂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）“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在烘干需减压烘干的原因是降低烘干温度，防止产品分解．
（4）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2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
（5）为测定粗产品中CoCl₂•6H₂O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．（答条即可）

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）根据流程图结合信息浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等进行解答；
（2）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；CoCl₂•6H₂O受热易分解；
（4）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；
（5）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：（1）向水钴矿[主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等]
加入盐酸和亚硫酸钠，浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等，所以Co₂O₃和亚硫酸钠在酸性条件下发生氧化还原，根据电荷守恒和得失电子守恒，反应为：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O；             
（2）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^-+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；为防止CoCl₂•6H₂O分解采取减压烘干为了降低烘干温度，防止产品分解；
故答案为：蒸发浓缩；降低烘干温度，防止产品分解；
（4）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；                       
（5）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．