Question

3．一種利用水鈷礦（主要成分為Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等）制取草酸鈷的工藝流程如圖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

（1）浸出過程中加入Na₂SO₃的目的是將Co³⁺、Fe³⁺還原．
（2）制取NaClO₃可以將氯氣通入到熱的濃氫氧化鈉溶液，該反應(yīng)的離子方程式為3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ClO₃^-+5Cl^-+3H₂O；實驗需要制取10.65克NaClO₃，需要的氯氣由電解食鹽水生成，若不考慮反應(yīng)過程中的損失，則同時生成的氫氣的體積為6.72（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（3）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖2所示．濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是除去Mn²⁺；使用萃取劑適宜的pH是B（填選項序號）．
A．接近2.0          B．接近3.0         C．接近5.0
（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^-11、Ksp（CaF₂）=1.05×10^-10．當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液c（Mg²⁺）/c（Ca²⁺）=0.7．
（5）工業(yè)上用氨水吸收廢氣中的SO₂．已知NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.8×10^-5mol•L，H₂SO₃的電離平衡常數(shù)K₁=1.2×10^-2mol•L^-4，K₂=1.3×10^-8mol•L^-1．在通入廢氣的過程中：
①當(dāng)恰好形成正鹽時，溶液中離子濃度的大小關(guān)系為c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）．
②當(dāng)恰好形成酸式鹽時，加入少量NaOH溶液，反應(yīng)的離子方程式為HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O．

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₃、FeCl₃、AlCl₃、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，信息①中浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，則進(jìn)入的Na₂SO₃將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺．工藝流程最終得到草酸鈷，加入NaClO₃將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，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、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去鈣、鎂，過濾后，向濾液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl₂，進(jìn)入草酸銨溶液得到草酸鈷．
（1）Na₂SO₃將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺；
（2）氯氣通入到熱的濃氫氧化鈉溶液得到NaClO₃，還生成氯化鈉與水；根據(jù)反應(yīng)方程式計算需要氯氣的物質(zhì)的量，電解生成氫氣與氯氣的物質(zhì)的量相等，進(jìn)而計算氫氣體積；
（3）濾液中加入萃取劑的作用是除去錳離子；pH=2與pH=3時Co²⁺的萃取率變化不大，但pH=3時Mn的萃取率增大很多，而pH=5時，Co²⁺的萃取率比較大，損失嚴(yán)重；
（4）根據(jù)溶度積可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$；
（5）①NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.8×10^-5mol•L，H₂SO₃的電離平衡常數(shù)K₂=1.3×10^-8mol•L^-1，則SO₃^2-的水解程度大于NH₄⁺的水解程度，溶液呈堿性，溶液中氫氧根離子源于水的電離、SO₃^2-的水解，溶液中c（OH^-）＞c（HSO₃^-）；
②由電離平衡常數(shù)，可知NH₄⁺+OH^-?NH₃．H₂O的平衡常數(shù)小于HSO₃^-+OH^-?SO₃^2-+H₂O平衡常數(shù)，故加入少量NaOH溶液先與HSO₃^-反應(yīng)．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸，可得CoCl₃、FeCl₃、AlCl₃、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，信息①中浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，則進(jìn)入的Na₂SO₃將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺．工藝流程最終得到草酸鈷，加入NaClO₃將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，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、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去鈣、鎂，過濾后，向濾液中加入萃取劑，將錳離子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl₂，進(jìn)入草酸銨溶液得到草酸鈷．
（1）浸出過程中加入Na₂SO₃的目的是將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺，
故答案為：將Co³⁺、Fe³⁺還原；
（2）氯氣通入到熱的濃氫氧化鈉溶液得到NaClO₃，還生成氯化鈉與水，反應(yīng)離子方程式為：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ClO₃^-+5Cl^-+3H₂O，10.65克NaClO₃的物質(zhì)的量為$\frac{10.65g}{106.5g/mol}$=0.1mol，由方程式可知需要氯氣物質(zhì)的量為0.1mol×3=0.3mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，電解生成氫氣與氯氣的物質(zhì)的量相等，故氫氣體積為0.3mol×22.4L/mol=6.72L，
故答案為：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ClO₃^-+5Cl^-+3H₂O；6.72；
（3）濾液中加入萃取劑的作用是除去錳離子；pH=2與pH=3時Co²⁺的萃取率變化不大，但pH=3時Mn的萃取率增大很多，而pH=5時，Co²⁺的萃取率比較大，損失嚴(yán)重，故pH=3時最佳，
故答案為：除去Mn²⁺；B；
（4）根據(jù)溶度積可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7
故答案為：0.7；
（5）①NH₃•H₂O的電離平衡常數(shù)K=1.8×10^-5mol•L，H₂SO₃的電離平衡常數(shù)K₂=1.3×10^-8mol•L^-1，則SO₃^2-的水解程度大于NH₄⁺的水解程度，溶液呈堿性，溶液中氫氧根離子源于水的電離、SO₃^2-的水解，溶液中c（OH^-）＞c（HSO₃^-），故溶液中離子濃度大小為：c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（NH₄⁺）＞c（SO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HSO₃^-）＞c（H⁺）；
②由電離平衡常數(shù)，可知NH₄⁺+OH^-?NH₃．H₂O的平衡常數(shù)小于HSO₃^-+OH^-?SO₃^2-+H₂O平衡常數(shù)，故加入少量NaOH溶液先與HSO₃^-反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O，
故答案為：HSO₃^-+OH^-=SO₃^2-+H₂O．

點評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、物質(zhì)的分離提純、電離平衡常數(shù)應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析能力、獲取信息能力，難度較大．