Question

【題目】CoCO3可用作選礦劑、催化劑及偽裝涂料的顏料。以含鈷廢渣(主要成份CoO、Co2O3，還含有Al2O3、ZnO等雜質(zhì))為原料制備CoCO3和ZnSO4溶液的一種工藝流程如下：

下表是相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(按金屬離子濃度為1.0mol·L-1計算)：

金屬離子	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Co2+	7.6	9.4
Al3+	3.0	5.0
Zn2+	5.4	8.0

(1)寫出“酸浸”時發(fā)生氧化還原反應的化學方程式________________________。

(2)“除鋁”過程中需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為_________，形成沉渣時發(fā)生反應的離子方程式為______________________。

(3)在實驗室里，萃取操作用到的玻璃儀器主要有_________________；上述“萃取”過程可表示為ZnSO4(水層)+2HX(有機層)ZnX2(有機層)+H2SO4(水層)，由有機層獲取ZnSO4溶液的操作是______________。

(4)“沉鈷”時，Na2CO3溶液滴加過快會導致產(chǎn)品不純，請解釋原因___________________。

(5)在空氣中煅燒CoCO3生成某種鈷氧化物和CO2，若充分煅燒一定量CoCO3后測定所得固體質(zhì)量為2.41g，CO2的體積為0.672L(標準狀況)，假設(shè)固體為純凈物，其化學式為__________。

Answer 1

【答案】Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O 5.0≤pH＜5.4(或5.0-5.4) 2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑ 分液漏斗、燒杯 向有機層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩，靜置分離出水層 Na2CO3溶液滴加過快，會導致局部堿性過強而產(chǎn)生Co(OH)2 Co3O4

【解析】

以含鈷廢渣(主要成份CoO、Co2O3，還含有Al2O3、ZnO等雜質(zhì))為原料制備CoCO3和ZnSO4溶液，根據(jù)流程：“酸浸”時金屬氧化物與硫酸發(fā)生反應而溶解，結(jié)合最終產(chǎn)物CoCO3中Co元素價態(tài)可得，“酸浸”時SO2的作用是將含鈷廢渣中+3價的Co還原為+2價；“除鋁”時加入Na2CO3，Al3+與CO32-發(fā)生雙水解反應生成Al(OH)3沉淀除去；加入萃取劑HX(有機物)，進一步從有機層得到ZnSO4溶液；“沉鈷”時向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液產(chǎn)生CoCO3沉淀。

（1）“酸浸”時加入H2SO4和SO2，由于SO2具有還原性，SO2將鈷廢渣中+3價的Co還原為+2價，“酸浸”時發(fā)生的非氧化還原反應為：CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O，發(fā)生的氧化還原反應為Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O。

（2）“除鋁”過程中Al3+完全沉淀，其它金屬陽離子不形成沉淀，根據(jù)已知Co2+、Al3+、Zn2+開始沉淀和沉淀完全的pH，“除鋁”過程中需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為5.0~5.4。形成沉渣時加入的是Na2CO3，發(fā)生的是Al3+與CO32-的雙水解反應，形成沉渣時反應的離子方程式為2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑。

（3）在實驗室里，萃取操作用到的玻璃儀器主要有分液漏斗、燒杯；根據(jù)萃取反應ZnSO4(水層)+2HX(有機層) ZnX2(有機層)+H2SO4(水層)可得，由有機層獲得ZnSO4溶液，要使平衡逆向移動，所以要向有機層中加入硫酸，然后分液，所以由有機層獲取ZnSO4溶液的操作是：向有機層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩，靜置分離出水層。

（4）“沉鈷”時是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液產(chǎn)生CoCO3沉淀，由于Na2CO3溶液呈堿性，若Na2CO3溶液滴加過快會導致局部堿性過強而產(chǎn)生Co(OH)2沉淀，導致產(chǎn)品CoCO3中混有Co(OH)2。

（5）0.672L(標準狀況)CO2的物質(zhì)的量為0.03mol，根據(jù)C元素守恒，n(CoCO3)=n(CO2)=0.03mol；根據(jù)Co元素守恒，n(Co)=0.03mol，m(Co)=0.03mol×59g/mol=1.77g，則氧化物中m(O)=2.41g-1.77g=0.64g，所以n(O)=0.04mol，n(Co)：n(O)=0.03mol：0.04mol=3:4，故該鈷氧化物的化學式為Co3O4。