Question

3．鈷是重要的戰(zhàn)略金屬元素，鈷及其化合物在化工、機(jī)械、航空和軍事等部門具有廣泛的應(yīng)用．以水鈷礦（主要成分為Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等雜質(zhì)）制取CoC₂O₄的工藝流程如圖1：

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見下表：

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

回答下列問題：
（1）浸出過程中加入Na₂SO₃的目的是將Fe³⁺、Co³⁺（填離子符號）還原，若只用鹽酸浸取，則會產(chǎn)生污染空氣的有毒氣體，反應(yīng)的離子方程式為2Co³⁺+2Cl^-=Cl₂ ↑+2Co²⁺．
（2）向浸出液中加入NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O．
（3）浸出液中加Na₂CO3調(diào)pH至5.2時(shí)生成的沉淀為Fe（OH）₃、Al（OH）₃（填化學(xué)式），能夠生成此沉淀的原因是鋁離子、鐵離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成沉淀和二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂、2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑（用離子方程式結(jié)合必要的文字說明）．
（4）“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為MgF₂、CaF₂沉淀．已知KSp（ MgF₂）=7.35
×10^-ll、Ksp（ CaF₂）=1.05×10^-10，當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液中$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=0.7
（5）濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是除去溶液中的Mn²⁺，萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖2所
示．使用萃取劑適宜的pH是B（填字母）．
a．接近2.0
b．接近3.0
c．接近4.0．

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，加入NaClO₃，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、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣鎂離子，然后過濾得到的濾液中II中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷，
（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子；若只用鹽酸浸取，Co³⁺能將氯離子氧化成氯氣；
（2）NaClO₃具有氧化性，能將浸出液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，自身被還原生成氯離子，同時(shí)生成水；
（3）根據(jù)鋁離子、鐵離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成沉淀和二氧化碳進(jìn)行解答；
（4）當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液$\frac{c（Mg{\;}^{2+}）}{c（Ca{\;}^{2+}）}$=$\frac{\frac{Ksp（MgF{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（F{\;}^{-}）}}{\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（F{\;}^{-}）}}$=$\frac{Ksp（MgF{\;}_{2}）}{Ksp（CaF{\;}_{2}）}$；
（5）由表中數(shù)據(jù)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．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，加入NaClO₃，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、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣鎂離子，然后過濾得到的濾液中II中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷，
（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子Fe³⁺、Co³⁺，所以浸出過程中加入Na₂SO₃的目的是將Fe³⁺、Co³⁺還原，若只用鹽酸浸取，Co³⁺能將氯離子氧化成氯氣，反應(yīng)的離子方程式為2Co³⁺+2Cl^-=Cl₂ ↑+2Co²⁺，
故答案為：Fe³⁺、Co³⁺；2Co³⁺+2Cl^-=Cl₂ ↑+2Co²⁺；
（2）NaClO₃具有氧化性，能將浸出液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，自身被還原生成氯離子，同時(shí)生成水，離子反應(yīng)方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）加Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，鋁離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁和二氧化碳，水解的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；鐵離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鐵和二氧化碳，水解的離子方程式為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃； 鋁離子、鐵離子能與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成沉淀和二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂、2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液$\frac{c（Mg{\;}^{2+}）}{c（Ca{\;}^{2+}）}$=$\frac{\frac{Ksp（MgF{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（F{\;}^{-}）}}{\frac{Ksp（CaF{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（F{\;}^{-}）}}$=$\frac{Ksp（MgF{\;}_{2}）}{Ksp（CaF{\;}_{2}）}$=$\frac{7.35×10{\;}^{-11}}{1.05×10{\;}^{-10}}$=0.7，
故答案為：0.7；
（5）根據(jù)流程圖可知，此時(shí)溶液中存在Mn²⁺、Co²⁺金屬離子，由萃取劑對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，
故答案為：除去溶液中的Mn²⁺；B．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及溶度積常數(shù)計(jì)算、沉淀與pH的關(guān)系、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，知道涉及的操作方法及發(fā)生的反應(yīng)，難點(diǎn)是溶度積常數(shù)計(jì)算，題目難度中等．