Question

5．以含鈷廢催化劑（主要成分為Co、Fe、SiO₂）為原料，制取鈷的氧化物的流程如圖1：

（1）步驟Ⅰ中廢催化劑用硫酸浸出后，將濾渣1進行再次浸出，其目的是提高鈷元素的總浸出率．
（2）步驟Ⅱ需要加熱攪拌，相應的離子方程式為6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$ 6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O．
（3）步驟Ⅲ中的反應為2Na⁺+6Fe³⁺+4SO₄^2-+12H₂O═Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂+12H⁺．過濾后母液的pH=2，.0，c（Na⁺）=a mol•L^-1，c（Fe³⁺）=b mol•L^-1，c（SO₄^2-）=d mol•L^-1，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{（1{0}^{-2}）^{12}}{{a}^{2}×^{6}×c2mcrfi^{4}}$（用含a、b、d 的代數(shù)式表示）．
（4）完成步驟Ⅳ中反應的離子方程式：
□5Co²⁺+□CO₃^2-+□H₂O═Co₅（OH）₆（CO₃）₂↓+□3CO₂↑；
（5）已知CoCl₂的溶解度曲線如圖2所示．步驟Ⅴ向堿式碳酸鈷中加入足量稀鹽酸，邊加熱邊攪拌，待固體溶解后需趁熱過濾．
①邊加熱邊攪拌的原因是加快固體溶解速率；
②趁熱過濾的原因是防止因溫度降低，CoCl₂晶體析出．

Answer 1

分析 鈷廢催化劑加入稀硫酸，發(fā)生Co+H₂SO₄=CoSO₄+H₂↑，F(xiàn)e+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，過濾濾渣是不溶的二氧化硅，而濾液是硫酸鈷、硫酸亞鐵與過量的硫酸的混合溶液，向濾液中加氯酸鈉將亞鐵離子氧化成鐵離子，然后加入碳酸鈉得到黃鈉鐵礬[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，繼續(xù)向濾液中加入碳酸鈉，得到堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，然后用鹽酸溶解堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，再向所到溶液中加入草酸銨，得到溶解度極小的草酸鈷，最后燃燒生成氧化鈷．
（1）步驟Ⅰ中廢催化劑用硫酸浸出后，將濾渣1進行再次浸出，其目的是提高濾液中鈷的利用率；
（2）亞鐵離子被氯酸根離子氧化成鐵離子，根據(jù)得失電子守恒分析解答；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)的概念計算，用生成物濃度的冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積；
（4）向濾液中加入碳酸鈉，得到堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]和二氧化碳；
（5）①邊加熱邊攪拌，能加快固體溶解在溶劑中的速率；
②CoCl₂的溶解度曲線可知，隨溫度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁熱過濾，防止溫度降低氯化鈷析出．

解答 解：（1）步驟Ⅰ中廢催化劑用硫酸浸出后，將濾渣1進行再次浸出，能夠將濾渣中的鈷元素的浸出率，所以其目的是提高鈷元素的總浸出率，
故答案為：提高鈷元素的總浸出率；
（2）亞鐵離子被氯酸根離子氧化成鐵離子，1molr的亞鐵離子失去1mol的電子，而1mol的氯酸根離子得到6mol的電子，根據(jù)電子得失守恒，可知離子方程式為：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$ 6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）除去雜質的化學方程式可表示為：2Na⁺+6Fe³⁺+4SO₄^2-+12H₂O═Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂+12H⁺，過濾后母液的pH=2.0，c（Na⁺）=a mol•L^-1，c（Fe³⁺）=b mol•L^-1，c（SO₄^2-）=d mol•L^-1，氫離子濃度為10^-2，依據(jù)K的表達式寫出K=$\frac{{C}^{2}（{H}^{+}）}{{C}^{2}（N{a}^{+}）×{C}^{6}（F{e}^{3+}）×{C}^{4}（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{（1{0}^{-2}）^{12}}{{a}^{2}×^{6}×hybovca^{4}}$，
故答案為：$\frac{（1{0}^{-2}）^{12}}{{a}^{2}×^{6}×hxvagm3^{4}}$；

（4）Co²⁺與CO₃^2-發(fā)生雙水解，離子方程式為：5Co²⁺+5CO₃^2-+3H₂O=Co₅（OH）₆（CO₃）₂↓+3CO₂↑，
故答案為：5Co²⁺+5CO₃^2-+3H₂O=Co₅（OH）₆（CO₃）₂↓+3CO₂↑；
（5）①邊加熱邊攪拌，能加快固體與溶劑的接觸速度，加快固體溶解速率，
故答案為：加快固體溶解速率；
②CoCl₂的溶解度曲線可知，隨溫度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁熱過濾，防止溫度降低CoCl₂晶體析出，
故答案為：防止因溫度降低，CoCl₂晶體析出．

點評 本題考查了工藝流程的分析判斷，物質分離的方法和試劑選擇方法，離子方程式的書寫，平衡常數(shù)的計算等，需要學生具備知識的基礎，題目難度中等．