题目内容

9.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)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2
开始沉淀2.77.67.64.07.7
完全沉淀3.79.69.25.29.8
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的主要作用是将Fe3+、Co3+还原.
(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”,a的取值范围是5.2≤a≤7.6;过滤所得到的沉淀成分为Fe(OH)3、Al(OH)3.
(4)“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.
(5)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
(6)为测定粗产品中CoCl2•6H2O的含量,称取16.4g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,.6g,则粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数是93%.(结果保留小数点后一位数字)

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)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子;
(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;
(4)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;
(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AgCl沉淀质量为4.6g,可计算得粗产品中CoCl2•6H2O的质量,据此计算粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数.

解答 解: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)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子Fe3+、Co3+,所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原,
故答案为:将Fe3+、Co3+还原;
(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)NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+,加Na2CO3调pH至a,为使铝离子沉淀完全,而钴离子不沉淀,根据表中数据可知pH值的范围是5.2≤a≤7.6,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++3CO32-+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++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑,所以沉淀成分为:Fe(OH)3、Al(OH)3,
故答案为:5.2≤a≤7.6;Fe(OH)3、Al(OH)3;
(4)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;
(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AgCl沉淀质量为4.6g,可计算得粗产品中CoCl2•6H2O的质量为$\frac{4.6}{143.5}$×$\frac{1}{2}$×(59+71+108)g×$\frac{100}{25}$=15.26g,所以粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数为$\frac{15.26g}{16.4g}$×100%=93.0%,
故答案为:93.0%.

点评 本题考查物质的制备实验,为高频考点,把握制备原理、实验流程中的反应、混合物分离方法等为解答的关键,侧重分析与实验能力的考查,注意水解、离子反应等,题目难度中等.

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