题目内容

16.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的工艺流程如下:
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见下表:(金属离子浓度为:0.01mol/L)
沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3
开始沉淀2.77.67.64.0
完全沉淀3.79.69.25.2
③CoCl2•6H2O熔点为86℃,加热至110-120℃时,失去结晶生成无水氯化钴.
(1)写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O
写出NaClO3发生反应的主要离子方程式ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O.
不慎向“浸出液”中加了过量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)“加加Na2CO3调pH至a”,过滤所得到的沉淀成分为Fe(OH)3、Al(OH)3.加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn2+,防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀.
(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)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HNO3酸化的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).

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)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)温度高时,CoCl2•6H2O分解;
(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,反应的离子方程式为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O,
故答案为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O;
(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,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,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;
故答案为:Fe(OH)3、Al(OH)3;除去溶液中的Mn2+,防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀;
(4)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:降低烘干温度,防止产品分解;
(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: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,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.

练习册系列答案
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(1)仪器A的名称是酸式滴定管;
(2)盐酸的体积读数:
滴定前读数为0.80mL,
滴定后读数为22.80mL.
(3)某实验小组同学的三次实验的实验数据如表所示.根据表中数据计算出的待测NaOH溶液的平均浓度是0.1100mol/L.(保留四位有效数字)
实验
编号
待测NaOH溶液的体积(mL)滴定前盐酸的
体积读数(mL)
滴定后盐酸的
体积读数(mL)
120.001.2023.22
220.002.2124.21
320.001.5023.48
(4)滴定操作可分解为如下几步(所用的仪器刚用蒸馏水洗净):
A.用碱式滴定管向锥形瓶里注入20.00mL待测NaOH溶液,并加入2~3滴酚酞;
B.用标准溶液润洗酸式滴定管2~3次;
C.把盛有标准溶液的酸式滴定管固定好,调节滴定管尖嘴使之充满溶液,使管内无气泡;
D.取标准HCl溶液注入酸式滴定管至刻度0以上2~3cm;
E.调节液面至0或0以下刻度,记下读数;
F.把锥形瓶放在滴定管的下面,用标准HCl溶液滴定至终点并记下滴定管液面的刻度.
正确操作步骤的顺序是BDCEAF(用序号字母填写)
(5)判断到达滴定终点的实验现象是当溶液颜色由粉红色变为无色,且半分钟内不变色.
(6)对下列几种假定情况进行讨论:(填“无影响”、“偏高”、“偏低”)
①如果上述B步骤省略,对测定结果的影响是偏高.
②取待测液的滴定管,滴定前滴定管尖端有气泡,滴定后气泡消失.偏低
③若滴定前锥形瓶未用待测液润洗,对测定结果的影响是无影响;
④标准液读数时,若滴定前仰视,滴定后俯视,对测定结果的影响是偏低.

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