Question

【題目】草酸鈷可用于指示劑和催化劑的制備。用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O4·2H2O工藝流程如下

已知：①浸出液含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；

②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見表：

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Co(OH)2	Fe(OH)2	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3.7	5.2	9.2	9.6	9.8

(1)CoC2O4·2H2O中C的化合價(jià)是____________________________。

(2)寫出浸出過程中Na2SO3與Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：______________。

(3)浸出液中加入NaClO3的目的是____________________________。

(4)加Na2CO3能使浸出液中某些金屬離子轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀，沉淀除Al(OH)3外，還有的成分是______________(填化學(xué)式)，試用離子方程式和必要的文字簡述其原理：____________________________。

(5)萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖，萃取劑的作用是______________；其使用的適宜pH范圍是______________。

A. 2.02.5

B. 3.03.5

C. 4.04.5

(6)濾液I“除鈣、鎂”是將其轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。己知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10，當(dāng)加入過量 NaF后，所得濾液 c(Mg2+)/c(Ca2+) =______________。

(7)用m1kg水鈷礦(含Co2O360%)制備CoC2O4·2H2O，最終得到產(chǎn)品m2kg，產(chǎn)率(實(shí)際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量×100%)為____________________________。(已知：M(Co2O3)=166， M(CoC2O4·2H2O)=183，僅需列出數(shù)字計(jì)算式)。

Answer 1

【答案】+3 SO32-+ Co2O3+4H+=2Co2++SO42-+2H2O 將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+ Fe(OH)3 Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，加入的碳酸鈉(或CO32-)與H+反應(yīng)，c(H+)降低，從而促進(jìn)水解平衡向右移動(dòng) 除去溶液中的Mn2+ B 0.7 ×100%

【解析】

用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O42H2O，水鈷礦中加入鹽酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，信息①中浸出液含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，則加入的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，過濾后所得濾液主要含有CoCl2、MnCl2、MgCl2、CaCl2，用NaF溶液除去鈣、鎂，過濾后，向?yàn)V液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl2，加入草酸銨溶液得到草酸鈷，最后再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾并洗滌得到CoC2O4·2H2O，據(jù)此解答。

(1)CoC2O4·2H2O中Co為+2價(jià)，O為-2價(jià)，根據(jù)各元素正、負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為0，計(jì)算得元素C的化合價(jià)是+3價(jià)；

(2) 加入的Na2SO3主要Co3+還原為Co2+，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Co2O3+4H++SO32-═2Co2++SO42-+2H2O；

(3)浸出液中加入NaClO3的目的是加入 NaClO3發(fā)生可以將溶液中Fe2+氧化，進(jìn)而調(diào)節(jié)pH除去Fe3+；

(4) 加Na2CO3調(diào)節(jié)溶液pH=5.2，能使Fe3+、Al3+ 離子轉(zhuǎn)化成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，原因是：因Fe3+和Al3+水溶液中存在水解平衡Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、Al3++3H2OAl(OH)3+3H+，加入碳酸鈉后CO32-與H+結(jié)合生成難電離的HCO3-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀；

(5) 根據(jù)流程圖可知，過濾后所得濾液主要含有CoCl2、MnCl2，此時(shí)溶液中存在Mn2+、Co2+金屬離子，加入萃取劑目的是除去Mn2+，則選取的萃取劑不與水互溶，不與水、Co2+反應(yīng)，相同條件下雜質(zhì)離子在萃取劑中溶解度大而Co2+在萃取劑中溶解度��；由萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溶液pH在3.0～3.5之間，可使Mn2+完全沉淀，并防止Co2+轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀，故B正確，故答案為B。

(6) 當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液====0.7；

(7) m1kg水鈷礦中含Co23的物質(zhì)的量為，則CoC2O4·2H2O的理論產(chǎn)量為×2×183g/mol，則產(chǎn)率為×100%=×100%。