Question

1．近日，一家中國企業(yè)并購了剛果（金）大型銅鈷礦．據媒體分析，中國是鈷消費大國，但鈷資源貧乏，為獲取鈷資源是此次收購的重要原因．鈷是制造鋰電池不可或缺的原料，硫酸鈷晶體可用于制造堿性電池、生產含鈷顏料和其它鈷產品．利用鈷渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃]制備硫酸鈷晶體（ CoSO₄•7H₂O）的工藝流程如圖1：

已知：有關物質的溶解度隨溫度變化關系如圖2：
（1）均速向鈷渣和稀硫酸的化合物中通入SO₂，使Co（OH）₃、Fe（OH）₃被充分浸取，其中浸取Co（OH）₃的離子方程式為2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；SO₂的另一個作用為攪拌，加快浸取速率．
（2）除鐵過程中，若選用氧化性更強的NaClO除鐵，可能造成的后果是氧化性過強，會Co²⁺使被氧化．
（3）濾渣Ⅱ的成分為Fe（OH）₃；通過除鐵后溶液的pH降低（升高、降低或不變）．
（4）過濾Ⅱ得到的濾液經過蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、冷卻到40℃結晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗產品．冷卻到40℃結晶的原因是防止析出硫酸鈉晶體．

Answer 1

分析 利用鈷渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃]制備硫酸鈷晶體（ CoSO₄•7H₂O）的工藝流程：均速向鈷渣和稀硫酸的化合物中通入SO₂，發(fā)生2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O，使Co（OH）₃、Fe（OH）₃被充分浸取，同時通入二氧化硫會使溶液中液體不停地運動，起到攪拌的作用，從而加快反應速率，過濾得到濾渣1為銅，加入氯酸鈉、通入氧氣，除鐵，鐵元素以氫氧化鐵的形式沉淀，濾渣Ⅱ的成分為Fe（OH）₃，過濾Ⅱ得到的濾液經過蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾冷卻到40℃結晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗產品．
（1）二氧化硫具有還原性，+3價的鈷具有氧化性，浸取Co（OH）₃的反應為+4價硫和+3價的鈷間的氧化還原反應，根據離子反應方程式書寫方法書寫，二氧化硫氣體通入溶液中，能起攪拌作用，能加快浸取速率；
（2）Co²⁺具有還原性，除鐵過程中，若選用氧化性更強的NaClO除鐵，可造成Co²⁺被氧化；
（3）鐵元素以氫氧化鐵的形式沉淀，形成氫氧化鐵沉淀需消耗氫氧根離子，溶液的PH降低；
（4）從溶液中得到固體應蒸發(fā)濃縮、結晶，然后過濾，溶液含有溶質有硫酸鈷、硫酸鈉、氯化鈉，冷卻到40℃結晶目的防止析出硫酸鈉晶體雜質．

解答 解：（1）二氧化硫具有還原性，Co³⁺具有氧化性，均速向鈷渣和稀硫酸的化合物中通入SO₂，使Co（OH）₃、Fe（OH）₃被充分浸取，實際是利用二氧化硫的還原性，使Co³⁺還原成Co²⁺，使Fe³⁺還原成Fe²⁺，所以浸取Co（OH）₃的離子方程式為：2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O，通入二氧化硫會使溶液中液體不停地運動，起到攪拌的作用，從而加快反應速率，
故答案為：2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；攪拌，加快浸取速率；
（2）次氯酸鈉的氧化性過強，除鐵過程中，若選用氧化性更強的NaClO除鐵，可能會使Co²⁺被氧化成Co³⁺，
故答案為：氧化性過強，會Co²⁺使被氧化；
（3）除鐵是把鐵變成了氫氧化鐵，過濾時，得到的濾渣為氫氧化鐵，生成的氫氧化鐵沉淀時要消耗溶液中的氫氧根離子，溶液的PH降低，
故答案為：Fe（OH）₃；降低；
（4）從溶液中得到固體應首先蒸發(fā)濃縮、結晶，然后過濾，該溶液含有溶質有硫酸鈷、硫酸鈉、氯化鈉，由溶解度曲線可知，氯化鈉、硫酸鈉溶解度在高溫時，隨溫度變化小，而硫酸鈷的變化大，在低于40度時，硫酸鈉、硫酸鈷的溶解度隨溫度變化都較大，在加熱時濃縮時，高溫下，氯化鈉、硫酸鈉溶解度小，它們會首先析出，硫酸鈷的溶解度大，不能析出，趁熱過濾可除去一部分硫酸鈉晶體，氯化鈉，在冷卻結晶，此時的主要是硫酸鈷晶體，當溫度低于40度時，硫酸鈉晶體也析出，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾；防止析出硫酸鈉晶體．

點評 本題考查硫酸鈷晶體的制備，掌握氧化還原、物質的分離與提純相關知識是解答關鍵，題目難度中等．