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下：

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下表：

化学式	沉淀完全时的pH	钴镍性质
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下表：从表中可知x=

 

．时，除镍效果最好．

加NH3?H2O调pH	收率/%	Ni2+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的时间内完成，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”步骤中加入双氧水发生反应的离子方程式是

 

．
（4）“除铁”步骤中加入的纯碱作用是

 

．
（5）在“调pH”步骤中，加盐酸的作用是

 

．
（6）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⁺的平衡常数为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：根据图示，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为：钴板在稀硝酸作催化剂条件下反应生成氯化镍、氯化钴和氯化铁、氯化亚铁等，调节溶液的pH除去镍，然后加入双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，然后加入纯碱将铁离子转化成氢氧化铁除去，最后经过一系列操作得到氯化钴晶体，
（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）双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为正三价；
（4）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；
（5）钴离子是弱碱阳离子，能发生水解，显示酸性；
（6）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．

解答： 解：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为：钴板在稀硝酸作催化剂条件下反应生成氯化镍、氯化钴和氯化铁、氯化亚铁等，调节溶液的pH除去镍，然后加入双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，然后加入纯碱将铁离子转化成氢氧化铁除去，最后经过一系列操作得到氯化钴晶体，
（1）根据表中的数据知道，当pH等于10的时，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）双氧水具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为正三价，发生的化学反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）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，
故答案为：使铁离子转化为氢氧化铁沉淀而除去（或2Fe³⁺+3CO₃^2-+6H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑）；
（5）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；
（6）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=

c(H+)3

c(Fe3+)

=

10-42

c(Fe3+)?c(OH-)3

=2.5×10^-5，
故答案为：2.5×10^-5．

点评：本题考查了物质制备方案及化学基本操作方法，题目难度中等，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为解答关键，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，试题充分考查了学生分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．