Question

3．草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑制備．一種利用水鈷礦[主要成分為Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO、MgO、CaO等]制取CoC₂O₄•2H₂O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．該步反應(yīng)的離子方程式為SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺．（寫出一個）
（2）NaClO₃的作用是將浸出液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺．
（3）加Na₂CO₃調(diào)PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺離子轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀，利用平衡移動原理分析的原因是因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸鈉后CO₃^2-與H⁺結(jié)合生成難電離的HCO₃^-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀．
（4）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=B（填序號）左右．
A．2.0       B．3.0      C． 4.0
（5）濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為CaF₂、MgF₂沉淀而除去．已知K_sp（MgF₂）=7.35×10^-11、K_sp（CaF₂）=1.05×10^-10．當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液c（Mg²⁺）/c（Ca²⁺）=0.7．

Answer 1

分析 （1）（2）（3）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，進入草酸銨溶液得到草酸鈷；
（4）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Mn²⁺的萃取率增大很多，而pH=4時，Co²⁺的萃取率比大；
（5）由溶度積可知，濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為氟化鈣、氟化鎂沉淀，根據(jù)溶度積可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$．

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⁺，其中的一個反應(yīng)離子方程式為：SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺，
故答案為：將Co³⁺、Fe³⁺還原；SO₃^2-+2Fe³⁺+H₂O=SO₄^2-+2Fe²⁺+2H⁺；
（2）NaClO₃的作用是：將浸出液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，
故答案為：將浸出液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（3）加Na₂CO₃調(diào)PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺ 離子轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀，原因是：因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸鈉后CO₃^2-與H⁺結(jié)合生成難電離的HCO₃^-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀，
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；因Fe³⁺和Al³⁺（用M³⁺代替）在水溶液中存在平衡M³⁺+H₂O?M（OH）₃+3H⁺，加入碳酸鈉后CO₃^2-與H⁺結(jié)合生成難電離的HCO₃^-，使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀；
（4）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Mn²⁺的萃取率增大很多，而pH=4時，Co²⁺的萃取率比較大，故pH=3時最佳，
故答案為：除去Mn²⁺；B；
（5）由溶度積可知，濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為CaF₂、MgF₂沉淀，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：CaF₂、MgF₂沉淀；0.7．

點評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程，涉及對操作與原理的分析評價、物質(zhì)的分離提純、溶度積有關(guān)計算等，側(cè)重考查學(xué)生分析能力、獲取信息能力，是對學(xué)生綜合能力的考查．