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4.CoCl2•6H2O是制备钴酸锂电池用四氧化三钴粉末的主要原料,工业上利用水钴矿(主要成分为Co2O3、Fe2O3、FeO、Al2O3等)制取CoCl2•6H2O的简化工艺流程如图所示:

(1)步骤1中三价钴转变为二价钴的离子反应方程式为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O.
(2)步骤2中加入的NaClO3目的是将Fe2+氧化成Fe3+,方便利用水解除去铁离子,同时为溶液提供氯离子.
(3)部分金属阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH情况如下:
金属阳离子Fe3+Al3+Fe2+Co2+
开始沉淀的pH2.24.17.57.6
沉淀完全的pH3.55.49.59.2
步骤3中加入Na2CO3目的是除去铁和铝元素,其之所以可以除去铁和铝元素的原因是CO32-与H+反应消耗H+,促使Fe3+、Al3+水解平衡右移,生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而将其除去.理论上,此步pH应该控制的范围是5.4≤PH<7.6.
(4)操作1包括以下基本实验操作,它们是蒸发浓缩、冷却结晶和过滤、洗涤、风干.
(5)已知:Ag++SCN-=AgSCN↓,为测定粗品中CoCl2•6H2O的含量,称取11.9克粗品溶于水配成100mL溶液,从中取出25.00mL,先加入含AgNO30.03mol的溶液(杂质不反应),过量的AgNO3用0.50mol•L-1的KSCN溶液滴定,该滴定所用指示剂为Fe(NO33;若消耗KSCN溶液20.00mL则该粗品中CoCl2•6H2O的质量含量为80%.

分析 含钴废料中加入硫酸和亚硫酸钠,可得Co2+、Al3+、Fe2+、H+,加入NaClO3,可得到Fe3+,然后加入Na2CO3调pH至5.4,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+,铁离子水解生成氢氧化铁被除去,同时为溶液提供氯离子;
(3)由表中数据可知,调节溶液PH在5.4≤PH<7.6之间,可使Fe3+、Al3+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀;
(4)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;
(5)根据铁离子和硫氰根离子络合呈血红色分析该滴定所用指示剂,先根据过量的AgNO3用0.50mol•L-1的KSCN溶液滴定,求出与CoCl2•6H2O反应的AgNO3,再根据CoCl2•6H2O~2AgCl关系式求质量分数.

解答 解:(1)向水钴矿水钴矿(主要成分为Co2O3、Fe2O3、FeO、Al2O3等),加入硫酸和亚硫酸钠,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具有氧化性,能将Fe2+氧化成Fe3+,其发生反应的离子方程式为:ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O,铁离子水解生成氢氧化铁,方便利用水解除去铁离子,同时为溶液提供氯离子,
故答案为:将Fe2+氧化成Fe3+,方便利用水解除去铁离子,同时为溶液提供氯离子;
(3)根据流程图可知,此时溶液中存在Fe3+、Al3+、Co2+金属离子,Fe3+、Al3+水解:Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+、Al3++3H2O?Al(OH)3+3H+,步骤3中加入Na2CO3,CO32-与H+反应消耗H+,促使Fe3+、Al3+水解平衡右移,由金属阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH情况可知,调节溶液PH在5.4≤PH<7.6之间,可使Fe3+、Al3+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀,
故答案为:CO32-与H+反应消耗H+,促使Fe3+、Al3+水解平衡右移,生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀而将其除去;5.4≤PH<7.6;
(4)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:蒸发浓缩;冷却结晶;
(5)Fe3+遇SCN-溶液变为血红色,可作为检验Fe3+的特征试剂,为不引入杂质离子,所以该反应可用Fe(NO33作为滴定的指示剂,过量的AgNO3用0.50mol•L-1的KSCN溶液滴定,消耗KSCN溶液20.00mL,则过量的硝酸银为n=cv=0.5mol/L×0.02L=0.01mol,先加入含AgNO30.03mol的溶液(杂质不反应),则与CoCl2•6H2O反应的硝酸银的物质的量为:0.03mol-0.01mol=0.02mol,设25.00mLCoCl2•6H2O溶液中含有CoCl2物质的量为x,
根据      CoCl2•6H2O~2AgCl~2AgNO3
            1                  2
            x                 0.02mol       x=0.01mol  m(CoCl2•6H2O)=nM=0.01mol×238g/mol=2.38g,
则粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数是 $\frac{2.38g×\frac{100mL}{25mL}}{11.9g}×100%$=80%,
故答案为:Fe(NO33;80%.

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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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.下列说法正确的是(  )
A.强电解质溶液的导电能力一定比弱电解质溶液的强
B.盐酸和醋酸,只要物质的量浓度相同,电离程度也相同
C.强电解质的稀溶液中不存在溶质分子
D.强电解质都是离子化合物,弱电解质都是共价化合物

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11.下列物质不属于电解质,但其水溶液能导电的是(  )
A.HClB.BaCO3C.NaClD.SO3

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8.英国剑桥大学用电解法直接从TiO2获得Ti,他们把多孔TiO2颗粒熔于熔融的CaCl2,通电后得海绵钛和氧.研究者之一的Chen指出,试生产表明,这种方法比传统的kroll法便宜三分之一.这种电解工艺一旦投入实际生产,钛的价格将大大下降,这种新工艺可能带有普遍性,可用于生产稀土、锕系以及其他金属.下列有关说法错误的是(  )
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B.电解时阴极获得海绵钛
C.电解时阳极有Cl2放出
D.电解工艺一旦投入实际生产,钛将可与不锈钢和铝合金竞争

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15.在有机物的学习中,有机物的式子书写、模型的使用非常重要,下列说法正确的是(  )
A.分子式表明了分子中各原子的个数和连接方式
B.结构式、结构简式可表示分子中各原子的连接方式和相对位置
C.球棍模型可表示分子的真实形态
D.比例模型较真实反映分子空间构型

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9.草酸镍晶体(NiC2O4•2H2O)可用于制镍催化剂,某小组用废镍催化剂(成分为Al2O3、Ni、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的部分实验流程如下:

已知:①Ksp(CaF2)=1.46×10-10,Ksp(CaC2O4)=2.34×10-9
金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+1.13.2
Fe2+5.88.8
Al3+3.05.0
Ni2+6.79.5
②相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1,.0mol•L-1计算).
(1)“粉碎”的目的是增大接触面积,加快反应速率;提高镍的浸出率.
(2)保持其他条件相同,在不同温度下对废镍催化剂进行“酸浸”,镍浸出率随时间变化如图.“酸浸”的适宜温度与时间分别为c(填字母).

a.30℃、30min     b.90℃、150min       c.70℃、120min   d.90℃、120min
(3)证明“沉镍”工序中Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是静置,在上层清液中继续滴加(NH42C2O4溶液,若不再产生沉淀,则“沉镍”工序已经完成.将“沉镍”工序得到的混合物过滤,所得固体用75%乙醇溶液洗涤、110℃下烘干,得草酸镍晶体.用75%乙醇溶液洗涤的目的是洗去(NH42SO4杂质、便于烘干、减少草酸镍晶体损失.
(4)在除铁和铝工序中,应先加入H2O2氧化,再加氢氧化镍调节pH值的范围为5.0≤pH<6.7.第2步中加入适量NH4F溶液的作用是除去杂质Ca2+
(5)将得到的草酸镍晶体在真空中加热至320℃分解可重新制得单质镍催化剂,写出该制备过程的化学方程式:NiC2O4•2H2O$\frac{\underline{\;320℃\;}}{\;}$Ni+2CO2↑+2H2O.
(6)已知废镍催化剂中镍的质量分数为5.9%,则100kg废镍催化剂最多可制得18.3kg草酸镍晶体(Ni:59,C:12,H:1,O:16).

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16.氧化亚铜是大型水面舰艇防护涂层的重要原料.某小组通过查阅资料,进行如下研究.
资料:1.氧化亚铜:化学式Cu2O,红色至红褐色结晶或粉末,不溶于水及有机溶剂,可溶于稀盐酸、稀硫酸等,在稀硫酸溶液中歧化为二价铜和铜单质.氧化亚铜在1800℃时分解,在干燥空气中稳定,但在潮湿空气中被慢慢氧化为氧化铜.氧化亚铜主要用于制造船底防污漆、杀虫剂…2.葡萄糖还原法制备氧化亚铜:将葡萄糖与新制氢氧化铜悬浊液混合后进行反应,生成氧化亚铜,条件控制不当时会有少量氧化铜生成.
I.Cu2O的制取
(1)葡萄糖还原法制Cu2O的化学方程式为
(2)实验室用此方法制取并获得少量Cu2O固体,需要的玻璃仪器除试管、酒精灯、烧杯外,还需要漏斗、玻璃棒.
II.检验样品中是否含有CuO
方案1:将制得的Cu2O样品溶于足量稀硫酸.
(3)甲同学认为若溶液变为蓝色,则说明样品中含有CuO杂质.乙同学认为此推论不合理,用化学用语解释原因Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O.
(4)甲同学通过反思,认为将定性检验改为定量测定便能确定样品中是否含有CuO杂质,应测量的数据是Cu2O样品的质量、反应后剩余固体(Cu)的质量.
方案2:丙同学认为采用如下装置(所加药品均足量)进行实验,通过测定c装置反应后固体的质量以及d装置反应前后增重的质量,可计算,从而确定样品中是否含有氧化铜.

(5)装置a中所加的酸是H2SO4(填化学式),装置e中碱石灰的作用是防止空气中的水进入d装置,m(H2O)测定不准确.
(6)点燃装置c中酒精灯之前需进行的操作是打开K1,关闭K2,通一段时间氢气后验纯,再打开K2,关闭K1
(7)熄灭酒精灯之后,仍需通一段时间H2至试管冷却,原因是防止生成的Cu单质在高温下又被氧气氧化为CuO,导致测定数据不准确.

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13.三硅酸镁(Mg2Si3O8•nH2O)在医药上用于制抗酸药,能中和胃酸和保护溃疡面.工厂用SiO2,MgSO4为原料制备Mg2Si3O8•nH2O,其流程如图:
(1)由步骤①可知泡花碱溶液的溶质是Na2SiO3(填化学式),将直径为1~100SiO2颗粒分散到丙酮中形成的分散系类型是胶体.
(2)工业上制备的MgSO4溶液中常含有Mn2+,请写出NaClO溶液将Mn2+氧化为MnO2的离子方程式:Mn2++ClO-+H2O=MnO2↓+Cl-+2H+
(3)步骤②反应后进行了过滤操作,请补画出过滤时使用的玻璃仪器;
步骤③中确定Mg2Si3O8•nH2O沉淀已洗涤干净的方法是取洗涤液少许于试管中,加入几滴BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则沉淀已洗涤干净.
(4)将0.184g三硅酸镁加到50.00mL 0.1000mol•L-1盐酸中,充分反应后,滤去沉淀,用0.1000mol•L-1 NaOH溶液滴定剩余的盐酸,消耗NaOH溶液30.00mL,则Mg2Si3O8•nH2O中n值为6;若在滴定结束时仰视读数,则n值偏高(填“偏高”或“偏低”)

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14.下列电子式中正确的是(  )
①氧原子    ②过氧根离子    ③氢氧根离子    ④钠离子[Na]+
⑤氢离子H+⑥铵根离子        ⑦铝原子      ⑧溴负离子
A.①②③⑥⑦B.③④⑥⑦⑧C.③⑤⑥⑦⑧D.②③④⑦⑧

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