Question

16．草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑的制備．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的工藝流程如下：

己知：，①浸出液含有的陽(yáng)離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；
②部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)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(guò)程中加入Na₂SO₃的目的是將Fe³⁺、Co³⁺還原．
（2）NaClO₃可將Fe²⁺氧化為Fe³⁺離子．可用氯氣通入到熱的濃氫氧化鈉溶液來(lái)制取NaClO₃．實(shí)驗(yàn)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(guò)程中的損失，則同時(shí)生成的氫氣的體積為6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）．
（3）萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如下圖所示．使用萃取劑最適宜的pH是B（填選項(xiàng)序號(hào)）．

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．已知某溫度下，K_sp（MgF₂）=7.35×10^-11，K_sp（CaF₂）=1.05×10^-10．當(dāng)加入過(guò)量NaF后，所得濾液c（Mg²⁺）/c（Ca²⁺）=0.7．
（5）為測(cè)定制得的無(wú)水草酸鈷樣品的純度，現(xiàn)稱取樣品mg，先用適當(dāng)試劑將其轉(zhuǎn)化，得到純凈的草酸銨溶液，再用過(guò)量的稀硫酸酸化，用c mol/L高錳酸鉀溶液去滴定，當(dāng)溶液由無(wú)色變?yōu)闇\紫色（或紫紅色），且半分鐘內(nèi)不變色時(shí)（填顏色變化），共用去高錳酸鉀溶液VmL，計(jì)算草酸鈷樣品的純度為36.75cv/m%．

Answer 1

分析 含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，加入NaClO₃，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過(guò)濾后所得濾液主要含有CoCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣鎂離子，然后過(guò)濾得到的濾液中II中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷，
（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子；
（2）根據(jù)反應(yīng)3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+5NaCl+3H₂O；2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，具體見(jiàn)解答；
（3）根據(jù)圖知，調(diào)節(jié)溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co（OH）₂沉淀；
（4）當(dāng)加入過(guò)量NaF后，所得濾液$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{{c}^{2}（F-）}}{\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{{c}^{2}（F-）}}$=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$，帶入數(shù)值即可計(jì)算；
（5）用高錳酸鉀溶液去滴定，當(dāng)溶液由無(wú)色變?yōu)闇\紫色（或紫紅色），且半分鐘內(nèi)不變色時(shí)，達(dá)到滴定終點(diǎn)；根據(jù)n=cV計(jì)算反應(yīng)中草酸的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計(jì)算V中高錳酸鉀的物質(zhì)的量，再計(jì)算原樣品中的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算純度．

解答 解：含鈷廢料中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，加入NaClO₃，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過(guò)濾后所得濾液主要含有CoCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣鎂離子，然后過(guò)濾得到的濾液中II中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷，
（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子Fe³⁺、Co³⁺，所以浸出過(guò)程中加入Na₂SO₃的目的是將Fe³⁺、Co³⁺還原，
故答案為：Fe³⁺、Co³⁺；
（2）根據(jù)反應(yīng)3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+5NaCl+3H₂O
                       3mol              106.5g
                       0.3mol            10.65g
2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑
                         1mol  22.4L
                       0.3mol   22.4×0.3=6.72L
故答案為：6.72L；
（3）由萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co（OH）₂沉淀，
故答案為：B；
（4）當(dāng)加入過(guò)量NaF后，所得濾液$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{{c}^{2}（F-）}}{\frac{Ksp（Ca{F}_{2}）}{{c}^{2}（F-）}}$=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7，
故答案為：0.7；
（5）根據(jù)n=cV計(jì)算反應(yīng)中草酸的物質(zhì)的量，設(shè)樣品中含CoC₂O₄質(zhì)量為x，根據(jù)方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，草酸根守恒可得：
5CoC₂O₄-5（NH₄）₂C₂O₄-5H₂C₂O₄-2MnO₄^-
146.93g                         2mol
   x                            CV×10^-3mol
樣品純度=$\frac{x}{m}$×100%，帶入數(shù)據(jù)可得純度為$\frac{36.75cv}{m}$%；
故答案為：$\frac{36.75cv}{m}$%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及溶度積常數(shù)計(jì)算、沉淀與pH的關(guān)系、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，知道涉及的操作方法及發(fā)生的反應(yīng)，難點(diǎn)是溶度積常數(shù)計(jì)算，題目難度中等．