Question

【題目】實驗室以工業(yè)鈷渣為原料制取CoSO4溶液和ZnSO4·7H2O晶體，其實驗流程如下：

已知：①“酸浸”所得溶液中主要含CoSO4、ZnSO4，另含少量FeSO4、NiSO4。②金屬活動性：Ni介于Fe、Cu之間。③下表是相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度1 mol·L－1計算，pH＞11時Zn（OH）2能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）4]2－）:

金屬離子	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Co2＋	7.6	9.4
Zn2＋	5.9	8.9

（1）“酸浸”時所加稀硫酸不宜過量太多的原因是________。

（2）“除鐵”時，向溶液中持續(xù)鼓入空氣的作用是________。

（3）流程中需將濾渣Ⅰ、濾渣Ⅱ的洗滌液與“除鐵”后所得濾液合并，目的是________。

（4）寫出“還原”過程中Na2SO3、稀H2SO4與Co（OH）3反應(yīng)的離子方程式：________。

（5）實驗所得CoSO4溶液可用于制備CoCO3，制備時CoSO4飽和溶液與Na2CO3飽和溶液的混合方式為________。

（6）請結(jié)合如圖硫酸鋅晶體的溶解度曲線，設(shè)計從“氧化沉鈷”后的濾液（含ZnSO4、Na2SO4、NiSO4等）中獲取ZnSO4·7H2O的實驗方案：取適量濾液，____________________________，過濾，用少量冰水洗滌，低溫干燥得ZnSO4·7H2O晶體。（實驗中須使用的試劑有：Zn粉、1.0 mol·L－1 NaOH、1.0 mol·L－1 H2SO4）

Answer 1

【答案】避免除鐵時消耗過多的CaCO3 將Fe2＋氧化，攪拌溶液，加快反應(yīng)速率 為提高Co、Zn的回收率 SO＋2Co（OH）3＋4H＋=2Co2＋＋SO＋5H2O 將Na2CO3飽和溶液緩慢滴加到CoSO4飽和溶液中，并不斷攪拌 向其中加入過量的Zn粉后過濾，向所得濾液中滴加1.0 mol·L－1 NaOH，控制pH約為10（8.9～11）使Zn2＋完全沉淀，所得沉淀洗凈后用1.0 mol·L－1 H2SO4完全溶解，將所得溶液蒸發(fā)濃縮至有晶膜出現(xiàn)，冷卻至0 ℃（39 ℃以下）結(jié)晶

【解析】

鈷渣中加稀硫酸將可溶于酸的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成硫酸鹽，難溶于硫酸的進(jìn)入濾渣1，得到溶液中主要含CoSO4、ZnSO4，另含少量FeSO4、NiSO4，濾液中通入氧氣亞鐵離子氧化成三價鐵離子，加碳酸鈣中和硫酸調(diào)節(jié)pH值將鐵沉淀除去，過濾后濾液中加Na2S2O8,氧化沉淀鈷，過濾得鈷的沉淀物加亞硫酸鈉和稀硫酸還原的得到硫酸鈷，濾液中主要是硫酸鋅，除去雜質(zhì)后經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到ZnSO4·7H2O晶體，據(jù)此分析解答。

（1）“酸浸”時所加稀硫酸不宜過量太多，因后續(xù)步驟中要加碳酸鈣調(diào)節(jié)溶液pH值，硫酸過多會增加碳酸鈣的用量，故答案為：避免除鐵時消耗過多的CaCO3；

（2）因為原溶液中的鐵是二價鐵，二價鐵直接沉淀時需要調(diào)控的pH較大且會使其他金屬陽離子沉淀，因此以溶解度更小的氫氧化鐵形式除鐵更合理，需通入空氣將亞鐵離子氧化，同時持續(xù)鼓入空氣可以起到攪拌溶液加快速率的作用，故答案為：將Fe2＋氧化，攪拌溶液，加快反應(yīng)速率；

（3）流程中需將濾渣Ⅰ、濾渣Ⅱ的洗滌液與“除鐵”后所得濾液合并可以減少鈷和鋅的損失，提高兩者的回收率，故答案為：為提高Co、Zn的回收率；

（4）還原”過程中Na2SO3、稀H2SO4與Co（OH）3反應(yīng)產(chǎn)物為硫酸鈷和硫酸鈉，可得方程式為：SO＋2Co（OH）3＋4H＋=2Co2＋＋SO＋5H2O，故答案為：SO＋2Co（OH）3＋4H＋=2Co2＋＋SO＋5H2O；

（5）實驗所得CoSO4溶液可用于制備CoCO3，制備時CoSO4飽和溶液與Na2CO3飽和溶液的混合方式為將Na2CO3飽和溶液緩慢滴加到CoSO4飽和溶液中，并不斷攪拌，故答案為：將Na2CO3飽和溶液緩慢滴加到CoSO4飽和溶液中，并不斷攪拌；

（6）氧化沉鈷”后的濾液（含ZnSO4、Na2SO4、NiSO4等）中有雜質(zhì)直接結(jié)晶得不到純凈的晶體，因此要先加足量的鋅粉置換出鎳，之后加氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH將鋅轉(zhuǎn)變成沉淀后過濾的到氫氧化鋅固體，再將固體溶于硫酸，蒸發(fā)濃縮再冷卻至39 ℃以下結(jié)晶，具體操作：向其中加入過量的Zn粉后過濾，向所得濾液中滴加1.0 mol·L－1 NaOH，控制pH約為10（8.9～11）使Zn2＋完全沉淀，所得沉淀洗凈后用1.0 mol·L－1 H2SO4完全溶解，將所得溶液蒸發(fā)濃縮至有晶膜出現(xiàn)，冷卻至0 ℃（39 ℃以下）結(jié)晶，故答案為：向其中加入過量的Zn粉后過濾，向所得濾液中滴加1.0 mol·L－1 NaOH，控制pH約為10（8.9～11）使Zn2＋完全沉淀，所得沉淀洗凈后用1.0 mol·L－1 H2SO4完全溶解，將所得溶液蒸發(fā)濃縮至有晶膜出現(xiàn)，冷卻至0 ℃（39 ℃以下）結(jié)晶。