Question

14．由水钴矿[主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含有少量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流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表．

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CoCl₂．
回答下列问题：
（1）浸出过程中Co₂O₃发生反应的化学方程式为Co₂O₃+Na₂SO₃+4HCl=2CoCl₂+Na₂SO₄+2H₂O
（2）NaClO₃在浸出液中发生反应的离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O
（3）“加Na₂CO₃调pH至5.2”，过滤所得滤渣的主要成分为Fe（OH）₃、Al（OH）₃（填化学式）．
（4）萃取剂对金属离子的萃取与溶液pH的关系如图2所示，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（填选项字母）
A.2.0-2.5   B.3.0-3.5C.4.0-4.5   D.5.0-5.5
（5）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．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（写两条）：①粗产品含有可溶性氯化物，②晶体失去了部分结晶水．

Answer 1

分析 含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀盐酸反应生成可溶性的CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MnCl₂、NaCl，然后向溶液中加入氯酸钠，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，然后过滤，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl₂，为得到CoCl₂•6H₂O晶体，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶而得到粗产品，
（1）浸出过程中Co₂O₃和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成硫酸根离子和Co²⁺；
（2）NaClO₃具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子；
（3）加Na₂CO₃调pH至5.2所得沉淀为Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀；
（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）减压烘干是为了防止晶体分解，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：含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠，Co₂O₃、Co（OH）₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO和稀盐酸反应生成可溶性的CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MnCl₂、NaCl，然后向溶液中加入氯酸钠，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，然后过滤，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl₂，为得到CoCl₂•6H₂O晶体，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶而得到粗产品，
（1）亚硫酸根离子具有还原性，Co₂O₃具有氧化性，浸出过程中Co₂O₃和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成硫酸根离子和Co²⁺，化学方程式为：Co₂O₃+Na₂SO₃+4HCl=2CoCl₂+Na₂SO₄+2H₂O，
故答案为：Co₂O₃+Na₂SO₃+4HCl=2CoCl₂+Na₂SO₄+2H₂O；
（2）NaClO₃具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子，氯酸根离子被还原生成氯离子，离子方程式为ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（3）加Na₂CO₃调pH至5.2，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⁺+3CO₃^2-+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⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（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）CoCl₂•6H₂O熔点为86℃，加热至110-120℃时，失去结晶水生成CoCl₂，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，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、含有含氯离子的杂质，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：降低烘干温度，防止产品分解；粗产品含有可溶性氯化物；晶体失去了部分结晶水．

点评 本题考查物质的分离和提纯，侧重考查学生分析判断能力，涉及氧化还原反应、离子反应、pH与沉淀的关系等知识点，为高频考点，明确流程图中发生的反应及基本操作是解本题关键，熟悉常见化合物的性质，题目难度中等．