Question

用金屬鈷板（含少量Fe、Ni）制備應用廣泛的氯化鈷的工藝流程如下：

注：鈷與鹽酸反應極慢，需加入催化劑硝酸才可能進行實際生產(chǎn)．
有關(guān)鈷、鎳和鐵化合物的性質(zhì)見下表：

化學式	沉淀完全時的pH	鈷鎳性質(zhì)
Co（OH）2	9.4	Co+2HCl=CoCl2+H2↑            Co2++2NH3?H2O=Co（OH）2↓+2NH4+     Co2++2H2O?Co（OH）2+2H+ Ni+2HCl=NiCl2+H2↑             Ni2++6NH3?H2O=[Ni（NH3）6]2++6H2O
Fe（OH）2	9.6
Fe（OH）3	3.7

（1）“除鎳”步驟中，NH₃?H₂O用量對反應收率的影響見下表：從表中可知x=

 

．時，除鎳效果最好．

加NH3?H2O調(diào)pH	收率/%	Ni2+含量/%
9	98.1	0.08
9.5	98	0.05
10	97.6	0.005
10.3	94	0.005

（2）“除鎳”步驟必須控制在一定的時間內(nèi)完成，否則沉淀中將有部分Co（OH）₂轉(zhuǎn)化為Co（OH）₃，此反應的化學方程式為

 

．
（3）“除鐵”步驟中加入雙氧水發(fā)生反應的離子方程式是

 

．
（4）“除鐵”步驟中加入的純堿作用是

 

．
（5）在“調(diào)pH”步驟中，加鹽酸的作用是

 

．
（6）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，則該溫度下反應Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：

分析：根據(jù)圖示，用金屬鈷板（含少量Fe、Ni）制備應用廣泛的氯化鈷的工藝流程為：鈷板在稀硝酸作催化劑條件下反應生成氯化鎳、氯化鈷和氯化鐵、氯化亞鐵等，調(diào)節(jié)溶液的pH除去鎳，然后加入雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子，然后加入純堿將鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵除去，最后經(jīng)過一系列操作得到氯化鈷晶體，
（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)結(jié)合實際來回答判斷；
（2）鈷離子易從正二價被氧氣氧化到正三價；
（3）雙氧水具有氧化性，可以將亞鐵離子氧化為正三價；
（4）加入純堿碳酸鈉可以和酸發(fā)生反應，起到調(diào)節(jié)溶液的pH的作用；
（5）鈷離子是弱堿陽離子，能發(fā)生水解，顯示酸性；
（6）根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式結(jié)合沉淀溶解溶度積規(guī)則進行計算．

解答： 解：用金屬鈷板（含少量Fe、Ni）制備應用廣泛的氯化鈷的工藝流程為：鈷板在稀硝酸作催化劑條件下反應生成氯化鎳、氯化鈷和氯化鐵、氯化亞鐵等，調(diào)節(jié)溶液的pH除去鎳，然后加入雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子，然后加入純堿將鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵除去，最后經(jīng)過一系列操作得到氯化鈷晶體，
（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)知道，當pH等于10的時，收率最高，鎳離子的含量最小，除鎳效果最好，
故答案為：10；
（2）鈷離子易從正二價容易被氧氣氧化到正三價，發(fā)生的化學方程式為：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃，故答案為：4Co（OH）₂+O₂+2H₂O=4Co（OH）₃；
（3）雙氧水具有氧化性，可以將亞鐵離子氧化為正三價，發(fā)生的化學反應為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）加入純堿碳酸鈉可以和酸發(fā)生反應，在適當?shù)沫h(huán)境下，可以讓鐵離子形成沉淀而除去，所以加入的純堿作用是起到調(diào)節(jié)溶液的pH的作用，
故答案為：使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀而除去（或2Fe³⁺+3CO₃^2-+6H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑）；
（5）鈷離子是弱堿陽離子，能發(fā)生水解，顯示酸性，加入鹽酸可以防止Co²⁺水解，
故答案為：防止Co²⁺水解；
（6）K_sp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（H⁺）=

10-14

c(OH-)

，
反應Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺的平衡常數(shù)K=

c(H+)3

c(Fe3+)

=

10-42

c(Fe3+)?c(OH-)3

=2.5×10^-5，
故答案為：2.5×10^-5．

點評：本題考查了物質(zhì)制備方案及化學基本操作方法，題目難度中等，依據(jù)已有的知識結(jié)合物質(zhì)間反應的實驗現(xiàn)象進行物質(zhì)成分的推斷為解答關(guān)鍵，平時注意打好扎實的基礎(chǔ)知識和靈活應用知識解決問題的能力培養(yǎng)，試題充分考查了學生分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．