Question

2．CoCl₂•6H₂O在飼料、醫(yī)藥工業(yè)上有廣泛的用途．下列是以含鈷廢料（含少量Fe、Al等雜質(zhì)）為原料制取CoCl₂•6H₂O的一種新工藝流程如圖1：

已知：①鈷與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Co+2HCl=CoCl₂+H₂↑
②CoCl₂•6H₂O熔點(diǎn)86℃，易溶于水；常溫下穩(wěn)定無毒，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水變成有毒的無水氯化鈷
③部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Co（OH）2	Al（OH）3
開始沉淀	2.7	7.5	7.6	3.8
完全沉淀	3.2	9.7	9.2	5.2

請(qǐng)回答下列問題：
（1）加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH至a，a的范圍是5.2～7.6．
（2）操作Ⅰ包含3個(gè)基本實(shí)驗(yàn)操作，它們是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾．
（3）制得的CoCl₂•6H₂O需減壓烘干的原因是降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解．
（4）在上述新工藝中，用“鹽酸”代替原工藝中“鹽酸與硝酸的混酸”直接溶解含鈷廢料，其主要優(yōu)點(diǎn)為減少有毒氣體的排放，防止大氣污染、防止產(chǎn)品中混有硝酸鹽．原工藝較新工藝也有優(yōu)點(diǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)是流程的步驟減小，工藝減化．
（5）含鈷物質(zhì)在工業(yè)上有重要用途，有一種電化學(xué)法除去甲醇的污染，其原理是：通電后將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中甲醇氧化成CO₂而凈化．實(shí)驗(yàn)室用如圖2裝置模擬上述過程：
①寫出陽極電極反應(yīng)式Co²⁺-e^-=Co³⁺．
②除去甲醇的離子反應(yīng)為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺，該過程中被氧化的元素是碳元素，當(dāng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生標(biāo)況下2.24LCO₂時(shí)，共轉(zhuǎn)移電子數(shù)為3.612×10²³．

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入過氧化氫，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾后所得濾液主要含有CoCl₂，為得到CoCl₂•6H₂O晶體，應(yīng)空氣溫度在86℃以下，加熱時(shí)要防止溫度過高而失去結(jié)晶水，可減壓烘干，
（1）調(diào)節(jié)溶液的PH值，使溶液中鐵離子和鋁離子生成沉淀，而鈷離子存在溶液中，從而將鐵離子、鋁離子和鈷離子分開；
（2）根據(jù)從溶液中制取固體的方法制取氯化鈷固體，從而確定操作步驟；
（3）溫度高時(shí)，CoCl₂•6H₂O分解；
（4）金屬和鹽酸反應(yīng)生成氯化物，和硝酸反應(yīng)生成硝酸鹽，同時(shí)生成一氧化氮；但硝酸有強(qiáng)氧化性，可以代替雙氧水氧化亞鐵離子；
（5）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
②在反應(yīng)6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺中，碳從-2價(jià)被氧化成+4價(jià)，每產(chǎn)生1mol二氧化碳，轉(zhuǎn)移6mol電子，據(jù)此答題；

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂，加入過氧化氫，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾后所得濾液主要含有CoCl₂，為得到CoCl₂•6H₂O晶體，應(yīng)空氣溫度在86℃以下，加熱時(shí)要防止溫度過高而失去結(jié)晶水，可減壓烘干，（1）金屬和鹽酸反應(yīng)生成氯化物，和硝酸反應(yīng)生成硝酸鹽，同時(shí)生成一氧化氮，
（1）廢料加入鹽酸后生成氯化物，然后加入雙氧水，二價(jià)鐵離子被雙氧水氧化生成三價(jià)鐵離子，根據(jù)沉淀的PH值表格知，當(dāng)溶液的PH值為5.2時(shí)，鐵離子和鋁離子被完全沉淀，當(dāng)溶液的PH值為7.6時(shí)，鈷離子才開始產(chǎn)生沉淀，所以要想將鐵離子、鋁離子和鈷離子分離，溶液的pH值應(yīng)該不小于5.2不大于7.6，；
故答案為：5.2～7.6；
（2）從溶液中制取固體的方法制取氯化鈷固體，其操作步驟是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶和過濾，
故答案為：冷卻結(jié)晶；
（3）根據(jù)題意知，CoCl₂•6H₂O常溫下穩(wěn)定無毒，加熱至110～120℃時(shí)，失去結(jié)晶水變成有毒的無水氯化鈷，為防止其分解，制得的CoCl₂•6H₂O需減壓烘干，
故答案為：降低烘干溫度，防止產(chǎn)品分解；
（4）金屬和鹽酸反應(yīng)生成氯化物，和硝酸反應(yīng)生成硝酸鹽，同時(shí)生成一氧化氮，導(dǎo)致氯化物中含有硝酸鹽雜質(zhì)，且生成有毒氣體，污染環(huán)境，原工藝較新工藝也有優(yōu)點(diǎn)，就是用硝酸可以代替雙氧水，使得流程的步驟減小，工藝減化，
故答案為：減少有毒氣體的排放，防止大氣污染；防止產(chǎn)品中混有硝酸鹽；流程的步驟減小，工藝減化；
（5）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②在反應(yīng)6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺中，碳從-2價(jià)被氧化成+4價(jià)，所以被氧化的元素是碳元素，每產(chǎn)生1mol二氧化碳，轉(zhuǎn)移6mol電子，標(biāo)況下產(chǎn)生2.24LCO₂時(shí)，即0.1mol，共轉(zhuǎn)移電子數(shù)0.6×6.02×10²³=3.612×10²³，
故答案為：碳元素；3.612×10²³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中的有關(guān)知識(shí)，難度較大，比較突出的難點(diǎn)是信息題中信息的閱讀、提取有用信息然后進(jìn)行加工的方法不會(huì)，從而導(dǎo)致做題錯(cuò)誤較多．