Question

用金属钴板（含少量Fe、Ni）制备应用广泛的氯化钴的工艺流程如图：

注：钴与盐酸反应极慢，需加入催化剂硝酸才可能进行实际生产．有关钴、镍和铁化合物的性质见表：

化学式	沉淀完全时的pH	有关性质
Co（OH）2	9.4	Co+2HCl=CoCl2+H2↑ Co2++2NH3?H2O=Co（OH）2↓+2NH4+ Co2++2H2O?Co（OH）2+2H+ Ni+2HCl=NiCl2+H2↑ Ni2++6NH3?H2O=[Ni（NH3）6]2++6H2O
Fe（OH）2	9.6
Fe（OH）3	3.7

（1）“除镍”步骤中，NH₃?H₂O用量对反应收率的影响见表：从表中可知x=

 

时，除镍效果最好．

加NH3?H2O调pH	收率/%	Ni2+的含量/%
9	98.1	0.08
9.5	98	0.05
10	97.6	0.005
10.3	94	0.005

（2）“除镍”步骤必须控制在一定时间内完成，否则沉淀中将有部分Co（OH）₂转化为Co（OH）₃，此反应的化学方程式为

 

．
（3）“除铁”步骤中加入纯碱的作用是（请用离子方程式表示）

 

．
（4）在“调pH”步骤中，加入盐酸的作用是

 

．
（5）已知25℃时，K_SP[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，则该温度下反应
Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数K=

 

．
（6）已知：FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g）△H=-218kJ?mol^-1
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ?mol^-1
写出CO气体还原Fe₃O₄固体得到Fe固体和CO₂气体的热化学方程式：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）根据表中的数据结合实际来回答判断；
（2）钴离子易从正二价被氧气氧化到正三价；
（3）加入纯碱碳酸钠可以和酸发生反应，起到调节溶液的pH的作用；
（4）钴离子是弱碱阳离子，能发生水解，显示酸性；
（5）根据化学平衡常数表达式结合沉淀溶解溶度积规则进行计算；
（6）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需让化学方程式．

解答： 解：（1）根据表中的数据知道，当pH等于10的时候，收率最高，镍离子的含量最小，除镍效果最好，故答案为：10；
（2）钴离子易从正二价容易被氧气氧化到正三价，发生的化学方程式为：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃，故答案为：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃；
（3）加入纯碱碳酸钠可以和酸发生反应，在适当的环境下，可以让铁离子形成沉淀而除去，所以加入的纯碱作用是起到调节溶液的pH的作用，2Fe³⁺+3CO₃^2-+H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案为：使得铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去；
（4）钴离子是弱碱阳离子，能发生水解，显示酸性，加入盐酸可以防止Co²⁺水解，故答案为：防止Co²⁺水解；
（5）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=

10-14

c(OH-)

，反应Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常数
K=

c3(H+)

c(Fe3+)

=

10-42

c(Fe3+)c3(OH-)

=2.5×10^-5，故答案为：2.5×10^-5；
（6）①FeO（s）+CO（g）═Fe（s）+CO₂（g）△H=-218kJ?mol^-1
②Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ?mol^-1
依据盖斯定律①×3+②得到CO气体还原Fe₃O₄固体得到Fe固体和CO₂气体的热化学方程式：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-13.5KJ/mol，
故答案为：Fe₃O₄（s）+4CO（g）=3Fe（s）+4CO₂（g）△H=-13.5KJ/mol．

点评：本题是一道实验探究题，能较好的考查学生分析和解决问题的能力，注意实验方案的设计原理和步骤利用关系式计算，依据已有的知识结合物质间反应的实验现象进行物质成分的推断，是解答的关键，平时注意打好扎实的基础知识和灵活应用知识解决问题的能力培养，题目难度中等．