Question

17．CoCl₂•6H₂0是一种陶瓷着色剂．利用水钴矿[主要成分为Co₂0₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂0₃、Al₂0₃、MnO等]制取CoCl₂•6H₂0的工艺流程如图1：

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如表：（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）写出浸出过程中Co（OH）₃发生反应的离子方程式2Co（OH）₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O．
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（3）“加Na₂CO₃调pH至a”，则a的范围是5.2≤PH＜7.6．
（4）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；
（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2．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．
A.2.0〜2.5　　　　　　B.3.0〜3.5　　　C.4.0〜4.5　　　　　　　D.5.0〜5.5
（6）操作1为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤．
（7）实验室用足量的浓盐酸完全溶解一定量的钴的氧化物Co_x0_y（其中钴的化合价为+2、+3），若得到含13gCoCl₂的溶液并产生标准状况下448mL的黄绿色气体，则y：x=6：5．

Answer 1

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）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⁺；
（3）加Na₂CO₃的目的是除去三价铁离子和铝离子，但不能除去Co²⁺，根据铝离子、铁离子完全沉淀的PH和Co²⁺开始沉淀的PH值进行解答；
（4）气压越低，液体沸点越低，烘干所需温度越低，可防止CoCl₂•6H₂O分解；
（5）制取CoCl₂•6H₂0必须除去溶液中的Mn²⁺，向“滤液”中加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn²⁺；
由图象可知，调节溶液PH在3.0～3.5之间，可萃取出溶液中的Mn²⁺，并让Co²⁺大量存在于溶液中；
（6）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；
（7）由电子守恒：Cl₂～2e^-～2Co³⁺，则n（Co³⁺）=2n（Cl₂）=2×$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.04mol，n（Co原子）_总=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{13g}{130g/mol}$=0.1mol，
所以固体中的n（Co²⁺）=0.1mol-0.04mol=0.06 mol，根据化合价为0，计算氧的物质的量，再得出y：x的值．

解答 解：（1）向水钴矿[主要成分为Co₂O₃、Co（OH）₃，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等]，加入盐酸和亚硫酸钠，浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等，所以Co（OH）₃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：2Co（OH）₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O，
故答案为：2Co（OH）₃+SO₃^2-+4H⁺=2Co²⁺+SO₄^2-+5H₂O；
（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，
故答案为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O；
（3）加Na₂CO₃的目的是除去三价铁离子和铝离子，但不能除去Co²⁺，铝离子、铁离子完全沉淀的PH是5.2，Co²⁺开始沉淀的PH是7.6，则选择PH的范围是：5.2≤PH＜7.6，
故答案为：5.2≤PH＜7.6；
（4）温度高时，CoCl₂•6H₂O易分解，而气压越低，液体沸点越低，烘干所需温度越低，减压烘干的原因在于可防止CoCl₂•6H₂O分解，
故答案为：降低烘干温度，防止产品分解；
（5）制取CoCl₂•6H₂0必须除去溶液中的Mn²⁺，向“滤液”中加入萃取剂的目的是除去溶液中的Mn²⁺，
由图象可知，调节溶液PH在3.0～3.5之间，可萃取出溶液中的Mn²⁺，并让Co²⁺大量存在于溶液中，
故答案为：除去溶液中的Mn²⁺；B；
（6）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：冷却结晶、过滤；
（7）由电子守恒：Cl₂～2e^-～2Co³⁺，则n（Co³⁺）=2n（Cl₂）=2×$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.04mol，n（Co原子）_总=n（Co²⁺）_溶液=$\frac{13g}{130g/mol}$=0.1mol，
所以固体中的n（Co²⁺）=0.1mol-0.04mol=0.06 mol，
根据化合价为0，氧化物中n（O）=（0.06mol×2+0.04mol×3）÷2=0.12mol，
故该钴氧化物中n（O）：n（Co）=0.12mol：0.1mol=6：5，
故答案为：6：5．

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．