Question

15．電子級(jí)鈷氧化物用于半導(dǎo)體工業(yè)和電子陶瓷等領(lǐng)域，是一種純度很高的氧化物，其工業(yè)制取流程如下：
（1）濾渣A的成分除過(guò)量的Co的磷酸鹽和Fe（OH）₃外還有Si（填化學(xué)式）．
（2）加入CO₃（PO₄）₂的目的是調(diào)節(jié)溶液pH，保證Co²⁺不沉淀，而使鐵離子全部沉淀．
（3）Co與稀硝酸反應(yīng)生成 Co²⁺的離子方程式為：3Co+8H⁺+2NO₃^-═3Co²⁺+4H₂O+2NO↑．
（4）濾渣B經(jīng)過(guò)反復(fù)洗滌、干燥后，進(jìn)行灼燒，其熱重分析圖如圖1，寫出C點(diǎn)物質(zhì)的化學(xué)式：Co₃O₄

（5）上述制備過(guò)程中采用草酸鹽作為沉淀劑，由于生產(chǎn)成本較高，某科研小組研究從鈷渣酸浸液（主要成分為CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃）出發(fā)，以碳銨（NH₄HCO₃）代替草酸鹽作沉淀劑，并由此制備氧化鈷．請(qǐng)結(jié)合相關(guān)信息，補(bǔ)充完整實(shí)驗(yàn)步驟．
已知：a．金屬離子生成氫氧化物沉淀pH如下表（開始沉淀pH按金屬離子1mol/L計(jì)算）

	開始沉淀的pH	完全溶解的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Co2+	7.2	9.2

b．CoSO₄與NH₄HCO₃反應(yīng)時(shí)，母液中鈷離子含量與溶液pH關(guān)系圖如圖2，
由鈷渣酸浸液制備氧化鈷的實(shí)驗(yàn)步驟依次為：
①往鈷渣酸浸液中滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pHpH（5.0，7.2），使Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全；
②過(guò)濾；③配制一定濃度的碳銨溶液，緩慢加入到濾液中，攪拌，控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，過(guò)濾；
④將蒸餾水加熱至70℃以上，洗滌CoCO₃沉淀3次，干燥；
⑤400℃焙燒3h，得產(chǎn)品氧化鈷．

Answer 1

分析 工業(yè)級(jí)Co加入稀硝酸和磷酸鈷，得到濾渣A含有CoSO₄、Fe（OH）₃、Si，濾液B含有Co²⁺，加入草酸銨生成CoC₂O₄，經(jīng)洗滌、干燥、灼燒得到氧化鈷，
（1）硅和硝酸不反應(yīng)；
（2）鐵離子以水解，加入Co₃（PO₄）₂可調(diào)節(jié)溶液pH，使鐵離子全部沉淀；
（3）Co和硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（4）A為CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，C點(diǎn)氧化物的質(zhì)量為8.03g，則n（O）=$\frac{8.03g-5.9g}{16g/mol}$=1.33，以此計(jì)算；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，應(yīng)先加入氫氧化鈉除去Fe³⁺、Al³⁺，可調(diào)節(jié)pH5.0～7.2之間，然后過(guò)濾，在濾液中加入一定濃度的碳銨溶液，控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，過(guò)濾，將蒸餾水加熱至70℃以上，洗滌CoCO₃沉淀3次，干燥；最后加熱400℃焙燒3h，得產(chǎn)品氧化鈷．

解答 解：工業(yè)級(jí)Co加入稀硝酸和磷酸鈷，得到濾渣A含有CoSO₄、Fe（OH）₃、Si，濾液B含有Co²⁺，加入草酸銨生成CoC₂O₄，經(jīng)洗滌、干燥、灼燒得到氧化鈷，
（1）硅和硝酸不反應(yīng)，濾渣A含有CoSO₄、Fe（OH）₃、Si，
故答案為：Si；
（2）鐵離子以水解，加入Co₃（PO₄）₂可調(diào)節(jié)溶液pH，保證Co²⁺不沉淀，而使鐵離子全部沉淀，
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH，保證Co²⁺不沉淀，而使鐵離子全部沉淀；
（3）Co和硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為3Co+8H⁺+2NO₃^-═3Co²⁺+4H₂O+2NO↑，
故答案為：3Co+8H⁺+2NO₃^-═3Co²⁺+4H₂O+2NO↑；
（4）A為CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，C點(diǎn)氧化物的質(zhì)量為8.03g，則n（O）=$\frac{8.03g-5.9g}{16g/mol}$=1.33，則化學(xué)式為Co₃O₄，
故答案為：Co₃O₄；
（5）由表中數(shù)據(jù)可知，應(yīng)先加入氫氧化鈉除去Fe³⁺、Al³⁺，可調(diào)節(jié)pH5.0～7.2之間，然后過(guò)濾，在濾液中加入一定濃度的碳銨溶液，控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，過(guò)濾，將蒸餾水加熱至70℃以上，洗滌CoCO₃沉淀3次，干燥；最后加熱400℃焙燒3h，得產(chǎn)品氧化鈷，
故答案為：①pH（5.0，7.2），F(xiàn)e³⁺、Al³⁺；③控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，過(guò)濾．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)提純和分離的工業(yè)制備流程分析判斷，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，把握實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析應(yīng)用，主要是物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，題目難度較大．