Question

【題目】草酸鈷可用于指示劑和催化劑的制備。用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O4·2H2O工藝流程如下圖所示：

已知：①浸出液含有的陽離子主要有H＋、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；

②酸性條件下，ClO3-不會氧化Co2+，ClO3-轉(zhuǎn)化為Cl-；

③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	Al(OH)3	Co(OH)2	Fe(OH)2	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3.7	5.2	9.2	9.6	9.8

(1)浸出過程中加入Na2SO3的主要目的是_______________________。

(2)向浸出液中加入NaClO3的離子反應(yīng)方程式：_____________________。

(3)已知：常溫下NH3·H2ONH4++OH-　Kb=1.8×10-5

H2C2O4H＋+HC2O4-　Ka1=5.4×10-2

HC2O4-H＋+C2O42-　Ka2=5.4×10-5

則該流程中所用(NH4)2C2O4溶液的pH____7 (填“>”或“<”或“=”)。

(4)加入(NH4)2C2O4溶液后析出晶體，再過濾、洗滌，洗滌時可選試劑_____(填字母代號)。

A.蒸餾水 B.自來水 C.飽和的(NH4)2C2O4溶液 D.稀鹽酸

(5)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖所示，萃取劑的作用是除去錳離子，其使用的適宜pH范圍是_________(填字母代號)。

A.2.0～2.5　　　　 B.3.0～3.5 　　　C.4.0～4.5

(6)CoC2O4·2H2O熱分解質(zhì)量變化過程如圖所示。其中600℃以前是隔絕空氣加熱，600℃以后是在空氣中加熱。A、B、C均為純凈物；C點(diǎn)所示產(chǎn)物的化學(xué)式是_____________。

Answer 1

【答案】將Co3+還原為Co2+ ClO3-+6Fe2++6H+ =6Fe3++Cl-+3H2O < A B Co2O3

【解析】

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，則加入的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?yàn)V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，加入草酸銨溶液得到草酸鈷。

(1)Na2SO3將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+；

(2)NaClO3具有氧化性，能將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被還原生成氯離子，同時生成水；

(3)根據(jù)草酸的二級電離大于氨水的電離常數(shù)以及鹽類水解的規(guī)律分析；

(4) (NH4)2C2O4為晶體表面的附著液，需要對晶體進(jìn)行洗滌，洗滌時不能再引入新的雜質(zhì)離子，據(jù)此分析判斷；

(5)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；

(6)由圖可知，C點(diǎn)鈷氧化物質(zhì)量為8.30g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.30g-5.9g=2.40g，據(jù)此求算氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比，確定Co的氧化物化學(xué)式。

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，則加入的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?yàn)V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，加入草酸銨溶液得到草酸鈷。

(1)Na2SO3具有強(qiáng)的還原性，浸出過程中加入Na2SO3的目的是將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+；

(2)NaClO3具有氧化性，能將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被還原生成氯離子，同時生成水，離子反應(yīng)方程式為ClO3-+6Fe2++6H+ =6Fe3++Cl-+3H2O；

(3)根據(jù)鹽類水解規(guī)律：有弱才水解，誰弱誰水解，誰強(qiáng)顯誰性，NH3·H2ONH4++OH-　Kb=1.8×10-5，H2C2O4H＋+HC2O4-　Ka1=5.4×10-2 HC2O4-H＋+C2O42-　Ka2=5.4×10-5

所以(NH4)2C2O4溶液中銨根離子水解大于草酸根離子水解，溶液呈酸性，即pH<7；

(4)為洗滌晶體附著的離子，同時不引入新的雜質(zhì)離子，過濾獲得晶體洗滌時，可直接選用蒸餾水洗滌，故合理選項(xiàng)是A；

(5)濾液中加入萃取劑的作用是除去Mn2+；pH=2與pH=3時Co2+的萃取率變化不大，但pH=3時Mn2+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，故合理選項(xiàng)是B；

(6)由圖可知，C點(diǎn)鈷氧化物質(zhì)量為8.30g，0.1molCo元素質(zhì)量為5.9g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.30g-5.9g=2.40g，則氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為0.1mol：≈2：3，故C點(diǎn)所示的Co產(chǎn)物化學(xué)式為Co2O3。