Question

16．以含鈷廢催化劑（主要成分為Co、Fe、SiO₂）為原料，制取氧化鈷的流程如圖1：

（1）溶解：溶解后過濾，將濾渣洗滌2～3次，洗液與濾液合并，其目的是提高鈷等元素的利用率；所得濾渣的主要成分是SiO₂（寫化學式）．
（2）氧化：加熱攪拌條件下加入NaClO₃，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其離子方程式6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
已知：鐵氰化鉀化學式為K₃[Fe（CN）₆]；亞鐵氰化鉀化學式為K₄[Fe（CN）₆]•3H₂O．
3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓（藍色沉淀）
4Fe³⁺+3[Fe（CN）₆]^4-═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓（藍色沉淀）
確定Fe²⁺是否氧化完全的方法是取氧化后的溶液少許于試管中，滴加幾滴鐵氰化鉀溶液，若無藍色沉淀生成，則Fe²⁺已全部被氧化．（可供選擇的試劑：鐵氰化鉀溶液、亞鐵氰化鉀溶液、鐵粉、KSCN溶液）
（3）除鐵：加入適量的Na₂CO₃調節(jié)酸度，生成黃鈉鐵礬[Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂]沉淀，寫出該反應的化學方程式3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑．
（4）沉淀：生成沉淀堿式碳酸鈷[（CoCO₃）₂•3Co（OH）₂]，沉淀需洗滌，洗滌的操作是向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次．
（5）溶解：CoCl₂的溶解度曲線如圖2所示．向堿式碳酸鈷中加入足量稀鹽酸，邊加熱邊攪拌至完全溶解后，需趁熱過濾，其原因是防止因溫度降低，CoCl₂晶體析出．
（6）灼燒：準確稱取所得CoC₂O₄ 1.470g，在空氣中充分灼燒得0.830g氧化鈷，寫出氧化鈷的化學式Co₂O₃．

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）洗液與濾液合并，提高洗滌和濾液中鈷的利用率，濾渣應該是原料中不溶于稀硫酸的成分；
（2）亞鐵離子被氯酸根離子氧化成鐵離子，根據得失電子守恒分析解答；根據3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-=Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓（藍色沉淀）；4Fe³⁺+3[Fe（CN）₆]^4-=Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓（藍色沉淀），如果亞鐵離子部分氧化，滴加無色的硫氰化鉀生成藍色沉淀，可向氧化后的溶液中滴入硫氰化鉀，觀察是否有藍色沉淀生成；
（3）生成硫酸鐵與碳酸鈉發(fā)生雙水解得到黃鈉鐵礬，書寫化學方程式；
（4）沉淀洗滌的方法是向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次；
（5）CoCl₂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；
（6）CoC₂O₄的質量為1.470g，其我知道可為0.01mol，Co元素質量為0.59g，鈷氧化物質量為0.83g，氧化物中氧元素質量為0.83g-0.59g=0.24g，則氧化物中Co原子與O原子物質的量之比為0.01mol：$\frac{0.24}{16}$≈2：3，據此可確定該氧化物的化學式．

解答 解：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）洗液與濾液合并，可提高洗滌和濾液中鈷的利用率；所得濾渣為二氧化硅，化學式為：SiO₂，
故答案為：提高鈷等元素的利用率；SiO₂；
（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，根據電子得失守恒，可知離子方程式為：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，取氧化后的溶液少許于試管中，滴加幾滴鐵氰化鉀溶液，若無藍色沉淀生成，則Fe²⁺已全部被氧化，
故答案為：6Fe²⁺+6H⁺+ClO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；取氧化后的溶液少許于試管中，滴加幾滴鐵氰化鉀溶液，若無藍色沉淀生成，則Fe²⁺已全部被氧化；
（3）生成硫酸鐵與碳酸鈉發(fā)生雙水解得到黃鈉鐵礬，化學反應方程式為：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6 Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5 Na₂SO₄+6CO₂↑，
故答案為：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6 Na₂CO₃=Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5 Na₂SO₄+6CO₂↑；
（4）沉淀洗滌的方法是：向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次，
故答案為：向漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，靜置使濾液流出．重復操作2～3次；
（5）CoCl₂的溶解度曲線可知，隨溫度的升高，CoCl₂的溶解度增大，所以趁熱過濾，防止溫度降低氯化鈷析出，
故答案為：防止因溫度降低，CoCl₂晶體析出；
（6）CoC₂O₄的質量為1.470g，其我知道可為0.01mol，Co元素質量為0.59g，鈷氧化物質量為0.83g，氧化物中氧元素質量為：0.83g-0.59g=0.24g，則氧化物中Co原子與O原子物質的量之比為0.01mol：$\frac{0.24}{16}$≈2：3，故Co氧化物為Co₂O₃，
故答案為：Co₂O₃．

點評 本題通過制取氧化鈷，考查了物質制備方案的設計，題目難度中等，根據制備流程明確實驗原理為解答關鍵，注意掌握常見化學實驗基本操作方法，能夠正確書寫反應的化學方程式、離子方程式，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析能力及化學實驗能力．