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12.草酸钴用途广泛,可用于指示剂和催化剂制备.一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4•2H2O工艺流程如图1:

已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表:
沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2
完全沉淀的pH3.79.69.25.29.8
(1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原(填离子符号).
(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,产物中氯元素处于最低化合价.该反应的离子方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O.
(3)请用平衡移动原理分析加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀的原因是:R3++3H2O?R(OH)3+3H+,加入碳酸钠后,H+与CO32-反应,使水解平衡右移,从而产生沉淀.
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2所示.
滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去溶液中的Mn2+;使用萃取剂适宜的pH是B.
A.接近2.0          B.接近3.0         C.接近4.0
(5)“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀.已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10.当加入过量NaF后,所得滤液$\frac{c(M{g}^{2+})}{c(C{a}^{2+})}$=0.7.
(6)为测定制得的无水草酸钴样品的纯度,现称取样品mg,先用适当试剂将其转化,得到纯净的草酸铵溶液,再用过量的稀硫酸酸化,用cmol/L高锰酸钾溶液去滴定,当溶液由无色变为浅紫色(或紫红色)(填颜色变化),共用去高锰酸钾溶液VmL(CoC2O4的摩尔质量147g/mol),计算草酸钴样品的纯度为$\frac{36.75cV}{m}$%.

分析 含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠,可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2,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、MgCl2、CaCl2、MnCl2,向溶液中加入NaF溶液,除去钙镁离子,然后过滤得到的滤液中II中加入萃取剂,萃取后溶液加入草酸铵,得到草酸钴,
(1)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子;
(2)NaClO3具有氧化性,能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原生成氯离子,同时生成水;
(3)Fe3+、Al3+水解导致溶液呈酸性,碳酸根离子和氢离子反应,从而促进水解平衡向右移动;
(4)滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去锰离子;根据图知,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)由溶度积可知,滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为氟化钙、氟化镁沉淀,根据溶度积可知c(Mg2+):c(Ca2+)=$\frac{Ksp(Mg{F}_{2})}{Ksp(Ca{F}_{2})}$;
(6)用高锰酸钾溶液去滴定,当溶液由无色变为浅紫色(或紫红色),且半分钟内不变色时,达到滴定终点;根据n=cV计算反应中草酸的物质的量,根据方程式5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O计算V中高锰酸钾的物质的量,再计算原样品中的物质的量,进而计算纯度.

解答 解:(1)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子Fe3+、Co3+,所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原;
故答案为:Fe3+、Co3+
(2)NaClO3具有氧化性,能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原生成氯离子,同时生成水,离子反应方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O;
故答案为:ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O;
(3)Fe3+、Al3+水解导致溶液呈酸性,水解方程式为R3++3H2O?R(OH)3+3H+,碳酸根离子和氢离子反应,从而促进水解平衡向右移动,产生氢氧化铁、氢氧化铝沉淀;
故答案为:R3++3H2O?R(OH)3+3H+,加入碳酸钠后,H+与CO32-反应,使水解平衡右移,从而产生沉淀;
(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)由溶度积可知,滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀,根据溶度积可知c(Mg2+):c(Ca2+)=$\frac{Ksp(Mg{F}_{2})}{Ksp(Ca{F}_{2})}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7;
故答案为:0.7;
(6)用高锰酸钾溶液去滴定,当溶液由无色变为浅紫色(或紫红色),且半分钟内不变色时,达到滴定终点;根据n=cV计算反应中草酸的物质的量,设样品中含CoC2O4质量为x,根据方程式:5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O,草酸根守恒可得:
5CoC2O4-5(NH42C2O4-5H2C2O4-2MnO4-
146.93g                         2mol
   x                            CV×10-3mol
样品纯度=$\frac{x}{m}$×100%,带入数据可得纯度为$\frac{36.75cV}{m}$%;
故答案为:无色变为浅紫色(或紫红色);$\frac{36.75cV}{m}$%.

点评 本题考查物质分离和提纯,为高频考点,涉及溶度积常数计算、沉淀与pH的关系、盐类水解、氧化还原反应等知识点,明确实验原理是解本题关键,知道涉及的操作方法及发生的反应,难点是溶度积常数计算,题目难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

2.回答下列问题:
(1)某化学兴趣小组的同学进行Cl2、NH3的制备及性质检验等实验的流程和部分装置如图:

①利用A、G装置设计一个简单的实验验证Cl2、Fe3+、I2的氧化性强弱为Cl2>Fe3+>I2(实验中不断地小心振荡G装置中的试管).若制备氯气的试剂是盐酸与KMnO4溶液,试写出A中发生反应的离子方程式MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O.请写出试剂M为FeI2溶液,证明氧化性为Cl2>Fe3+>I2的实验现象是先观察到下层CCl4由无色变为紫红色,后看到上层溶液由浅绿色变为黄色.
②已知3Cl2+2NH3═6HCl+N2,当D的烧瓶中充满黄绿色气体后,关闭a、c打开b,D中的现象为黄绿色气体消失,产生白烟,反应一段时间后,关闭b打开c,观察到的现象为黄绿色气体消失,产生白烟,烧杯中的液体进入烧瓶中,形成喷泉.
(2)某废水中含有一定量的Na+、SO32-,可能含有CO32-,某研究小组欲测定其中SO32-的浓度,设计如下实验方案:

①从下列试剂中选择试剂x为C   (填序号):
A.0.1mol•L-1KMnO4(H2SO4酸化)溶液
B.0.5mol•L-1NaOH溶液
C.新制氯水
D.KI溶液
②加入试剂x生成SO42-的离子方程式为Cl2+SO32-+H2O=2Cl-+SO42-+2H+

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科目:高中化学 来源: 题型:多选题

3.下列关于胶体的叙述不正确的是(  )
A.胶体区别于其他分散系的本质特征是分散质的微粒直径在10-5:10-7m之间
B.光线透过胶体时,胶体中可发生丁达尔效应
C.Fe(OH)3胶体能够使水中悬浮的固体颗粒沉降,达到净水目的
D.用平行光照射NaCl溶液和Fe(OH)3胶体时,产生的现象相同

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.关于同温、同压下等体积的N2O和CO2的叙述正确的是(  )
①质量相同              
②碳原子数和氮原子数相等
③所含分子数相等        
 ④所含质子总数相等.
A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

7.1943 年,爱国实业家侯德榜发明了“联合制碱法”,如图是联合制碱法的简单流程:

(1)纯碱固体是离子(填“离子”、“分子”或“原子”)晶体.组成该物质的元素原子的半径从大到小依次为Na>C>O.
(2)写出反应(1)的化学反应方程式CO2+H2O+NaCl+NH3=NaHCO3↓+NH4Cl.
(3)操作 X 的名称过滤.
(4)产品 A 的化学式是NH4Cl,由溶液 B 得到产品 A,需要在溶液 B 中通入 NH3、冷冻、加食盐,其中通入 NH3的作用是增大NH4+ 的浓度,使 NH4Cl 更多地析出;使 NaHCO3 转化为溶解度更大的 Na2CO3,提高析出的 NH4Cl;
(5)工业生产的纯碱常会含少量 NaCl 杂质.现用重量法测定其纯度,步骤如下:
①称取样品 a(g),加水溶解;
②加入足量的 BaCl2溶液;
③过滤、洗涤、烘干、冷却、称量.
④恒重操作,最终得到固体 b(g).
补全上述实验步骤;样品中纯碱的质量分数为$\frac{106b}{197a}$(用含 a、b 的代数式表示).

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.NA表示阿伏伽德罗常数的值,N代表离子数目,下列说法正确的是(  )
A.常温常压下,23gNO2和N2O4混合气体中含O原子数为NA
B.1mol/L Al2(SO43溶液中含SO42-个数为3NA,含Al3+个数小于2NA
C.在标准状况下,将22.4L SO3溶于水配成1L溶液,所得溶液中含SO42-个数为NA
D.将1moL 氯气通入到足量水中,则N(HClO)+N(Cl-)+N(ClO-)═2NA

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.正常人体内低密度脂蛋白胆固醇的含量范围为2.84~3.10μmol•L-1,严,人体内该物质含量升高易导致动脉粥样硬化.你认为这里的μmol•L-1表示的是低密度脂蛋白胆固醇的(  )
A.体积数据B.体积分数C.质量分数D.物质的量浓度

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.下列变化中属于吸热反应的是(  )
①液态水汽化
 ②将胆矾加热变为白色粉末  
③浓硫酸稀释  
④KClO3分解制取O2
⑤生石灰与水反应生成熟石灰     
⑥CaCO3高温分解     
⑦CO2+C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO
⑧Ba(OH)2•8H2O与固体NH4Cl混合  
⑨C+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H2  
⑩Al与盐酸反应.
A.②④⑥⑦⑧⑨B.①②④⑥⑦⑧⑨C.①③④⑤⑥⑧⑩D.①②④⑧⑨

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

11.氢能的存储是氢能应用的主要瓶颈,开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向,目前所采用或正在研究的主要储氢材料有:配位氢化物、富氢载体化合物、碳质材料、金属氢化物等.
(1)Ti(BH42是一种过渡元素硼氢化物储氢材料.
①基态Ti2+中含有的电子数为20,电子占据的最高能级是3d,该能级具有的原子轨道数为5.
②BH4-中的B原子的杂化方式是sp3
(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料.
①LiH中,离子半径:Li+<(填“>”“<”或“=”)H-
②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物,M的部分电离能如表所示:
I1/kJ•mol-1I2/kJ•mol-1I3/kJ•mol-1I4/kJ•mol-1I5/kJ•mol-1
738145177331054013630
该氢化物的化学式为MgH2
(3)液氨是富氢物质,是氢能的理想载体.
①NH3的相对分子质量小于PH3,但NH3的沸点却远高于PH3,其原因是氨气分子之间可以形成氢键.
②NH3容易和分子中有空轨道的BF3反应形成新的化合物(用“→”表示配位键),该化合物的结构式为
(4)2008年,Yoon等人发现Ca与C60(分子结构如图甲)生成的Ca32C60能大量吸附H2分子.

①C60晶体易溶于苯、CS2,C60是非极性(填“极性”或“非极性”)分子.
②1mol C60分子中,含有σ 键数目为90NA个.(阿伏加德罗常数数值为NA
(5)某金属氢化物储氢材料的晶胞结构如图乙所示,该金属氢化物的化学式为H2R.已知该晶体的密度为a g•cm-3,金属元素R的相对原子质量为M,阿伏加德罗常数数值为NA,则该晶胞的体积为$\frac{2M+4}{{a{N_A}}}$cm3

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