Question

【題目】利用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多種化工試劑，以下為草酸鈷晶體和氯化鈷晶體的制備流程。

已知：①浸出液中含有的陽(yáng)離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等。

②沉淀I中只含有兩種沉淀。

③部分陽(yáng)離子的氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)下表。

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
開(kāi)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

回答下列問(wèn)題：

(1)浸出過(guò)程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___。

(2)在浸出液中加入NaClO3的作用是___。

(3)加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，目的是___；萃取劑層含錳元素，則沉淀II的主要成分___。

(4)操作I中包括蒸發(fā)濃縮的過(guò)程，在蒸發(fā)濃縮之前應(yīng)先向溶液中加入_______(填試劑名稱(chēng))。

(5)為測(cè)定粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O含量，稱(chēng)取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)重。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，其原因可能是___（回答一條原因即可）。

(6)將5.49 g草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)置于空氣中加熱，受熱過(guò)程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如下表。

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/g
150～210	4.41
290～320	2.41

經(jīng)測(cè)定，整個(gè)受熱過(guò)程，只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，則在150℃～210℃溫度范圍放出的氣體物質(zhì)是_______，290℃～320℃溫度范圍，剩余的固體物質(zhì)化學(xué)式為________。

［已知：CoC2O4·2H2O的摩爾質(zhì)量為183 g/mol］

Answer 1

【答案】Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O 將亞鐵離子氧化為鐵離子 使Fe3+和Al3+沉淀完全 CaF2和MgF2 鹽酸 產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低或產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì) H2O Co3O4或者CoO·Co2O3

【解析】

含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，信息①中浸出液含有的陽(yáng)離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，則進(jìn)入的Na2SO3將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+，工藝流程最終得到草酸鈷，加入NaClO3將Fe2+氧化為Fe3+，加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，過(guò)濾后所得濾液主要含有CoCl2、MnCl2、MgCl2、CaCl2，用NaF溶液除去Ca2+、Mg2+，過(guò)濾后，向?yàn)V液中加入萃取劑，將Mn2+萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl2，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾等操作得到氯化鈷晶體，若加入草酸銨溶液蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶、過(guò)濾洗滌、干燥得到草酸鈷晶體，以此解答該題。

(1)浸出液含有Co2+，故Co2O3在酸性條件下被SO32-還原，反應(yīng)的離子方程式：Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O；

(2)由于Fe2+需轉(zhuǎn)化為Fe3+方可通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH水解而除去，故在浸出液中加入NaClO3的作用是在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+；

(3)pH至5.2， Fe3+和Al3+都可以形成金屬氫氧化物沉淀，且沉淀完全，故加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，目的是使Fe3+和Al3+都沉淀完全；此時(shí)溶液中未除掉離子還有Mn2+、Mg2+、Ca2+(硫酸鈣微溶于水，此時(shí)溶液中仍含Ca2+)，而萃取劑層含錳元素，故應(yīng)該加入NaF溶液，為除掉Mg2+、Ca2+，生成的沉淀II主要成分是CaF2和MgF2；

(4)操作I中包括蒸發(fā)濃縮的過(guò)程，在蒸發(fā)濃縮之前，為抑制CoCl2的水解，應(yīng)先向溶液中加入濃鹽酸調(diào)整溶液pH為2～3；

(5)粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，即Cl-含量偏高，原因可能是因減壓烘干使CoCl26H2O的結(jié)晶水減少，則產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低，測(cè)得的CoCl26H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)與實(shí)際值相比偏高；或粗產(chǎn)品中含有雜質(zhì)NaCl，導(dǎo)致Cl-含量偏高，也會(huì)使CoCl26H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高；

(6)5.49 g晶體物質(zhì)的量n==0.03 mol，結(jié)晶水完全失去物質(zhì)的量應(yīng)為0.06 mol，此時(shí)固體質(zhì)量變化△m=0.06 mol×18 g/mol=1.08 g，根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知，150～210℃固體質(zhì)量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說(shuō)明在150℃～210℃溫度范圍放出的氣體物質(zhì)是H2O；210℃失去結(jié)晶水得到CoC2O4，210～290℃過(guò)程中是CoC2O4發(fā)生的反應(yīng)，210～290℃過(guò)程中產(chǎn)生的氣體只有CO2，依據(jù)C元素守恒得到生成CO2物質(zhì)的量為0.06 mol，質(zhì)量=0.06 mol×44 g/mol=2.64 g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41 g-2.41 g=2 g，說(shuō)明不是分解反應(yīng)，參加反應(yīng)的還有氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64 g-2 g=0.64 g，反應(yīng)的O2物質(zhì)的量n(O2)==0.02 mol；n(CoC2O4)：n(O2)：n(CO2)=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2，故290℃～320℃溫度范圍，剩余的固體物質(zhì)化學(xué)式為產(chǎn)物為Co3O4或者CoOCo2O。