Question

CoCl₂?6H₂O是一种饲料营养强化剂．工业上利用水钴矿〔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浸出液中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）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，失去结晶水生成无水氯化钴．
（1）水钴矿进行预处理时加入Na₂SO₃的主要作用是

 

．
（2）写出NaClO₃在浸出液中发生主要反应的离子方程式

 

；若不慎向“浸出液”中加了过量的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

 

．
（3）“操作1”中包含3个基本实验操作，它们依次是

 

、

 

和过滤．
（4）浸出液加Na₂CO₃调pH至5.2时，所得滤液中金属离子有

 

．
（5）萃取液中含有的主要金属阳离子是

 

．
（6）为测定粗产品中CoCl₂?6H₂O的含量，称取16.4克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4.6克．则粗产品中CoCl₂?6H₂O的质量分数是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,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：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）水钴矿进行预处理时，Na₂SO₃是还原剂，还原Co³⁺；
（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；
（4）浸出液加Na₂CO₃调pH至5.2时，Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，据此分析剩余的金属离子；
（5）由流程图可知，加入萃取剂，萃取Mn²⁺；
（6）根据CoCl₂?6H₂O关系式求质量分数．

解答： 解：（1）水钴矿进行预处理时，Na₂SO₃是还原剂，还原Co³⁺为Co²⁺，反应的离子方程式为：Co₂O₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+2H₂O，
故答案为：还原Co³⁺；
（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）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；
故答案为：蒸发；冷却；
（4）NaClO₃的作用是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，加Na₂CO₃调pH至5.2，Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全，此时溶液中的金属离子主要有Co²⁺、Mn²⁺、Na⁺，
故答案为：Co²⁺、Mn²⁺、Na⁺；
（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作用可知，此时萃取液中金属离子为Mn²⁺，
故答案为：Mn²⁺；
（6）根据CoCl₂?6H₂O～2AgCl，16.4g
          238         287
           x          4.6g，x=3.81g
则粗产品中CoCl₂?6H₂O的质量分数是

3.82g× 100mL 25mL

16.4g

×100%=93.0%，
故答案为：93.0%．

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，题目难度大，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．