Question

6．近日，一家中國企業(yè)并購了剛果（金）大型銅鈷礦．據(jù)媒體分析，中國是鈷消費(fèi)大國，但鈷資源貧乏，為獲取鈷資源是此次收購的重要原因．鈷是制造鋰電池不可或缺的原料，硫酸鈷晶體可用于制造堿性電池、生產(chǎn)含鈷顏料和其它鈷產(chǎn)品．利用鈷渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃]制備硫酸鈷晶體（CoSO₄•7H₂O）的工藝流程如圖1：

已知：有關(guān)物質(zhì)的溶解度隨溫度變化關(guān)系如圖2：
（1）均速向鈷渣和稀硫酸的化合物中通入SO₂，使Co（OH）₃、Fe（OH）₃被充分浸取，其中浸取Co（OH）₃的離子方程式為2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2 Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；
（2）除鐵過程中，若選用氧化性更強(qiáng)的NaClO除鐵，可能造成的后果是氧化性過強(qiáng)會(huì)使Co²⁺被氧化．
（3）濾渣Ⅱ的成分為Fe（OH）₃；
（4）過濾Ⅱ得到的濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、冷卻到40℃結(jié)晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗產(chǎn)品．冷卻到40℃結(jié)晶的原因是防止析出硫酸鈉晶體．

Answer 1

分析 鈷渣在稀硫酸溶液中酸浸且通入二氧化硫氣體，酸性條件下Co（OH）₃、Fe（OH）₃被二氧化硫還原生成Co²⁺、Fe²⁺，過濾得到濾液I中含有Co²⁺、Fe²⁺，向?yàn)V液中加入氯酸鈉且同時(shí)通入氧氣，Co²⁺、Fe²⁺被氧化，調(diào)節(jié)溶液的pH值將鐵離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃而除去，所以濾渣II為Fe（OH）₃，氯酸鈉被還原生成NaCl，根據(jù)溶解度曲線知，硫酸鈷隨著溫度升高而增大，硫酸鈉溶解度隨著溫度升高先升高后降低，氯化鈉溶解度隨著溫度升高而變化不大，將濾液蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、冷卻到40℃結(jié)晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗產(chǎn)品，結(jié)合題目分析解答．

解答 解：鈷渣在稀硫酸溶液中酸浸且通入二氧化硫氣體，酸性條件下Co（OH）₃、Fe（OH）₃被二氧化硫還原生成Co²⁺、Fe²⁺，過濾得到濾液I中含有Co²⁺、Fe²⁺，向?yàn)V液中加入氯酸鈉且同時(shí)通入氧氣，Co²⁺、Fe²⁺被氧化，調(diào)節(jié)溶液的pH值將鐵離子轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃而除去，所以濾渣II為Fe（OH）₃，氯酸鈉被還原生成NaCl，根據(jù)溶解度曲線知，硫酸鈷隨著溫度升高而增大，硫酸鈉溶解度隨著溫度升高先升高后降低，氯化鈉溶解度隨著溫度升高而變化不大，將濾液蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾、冷卻到40℃結(jié)晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗產(chǎn)品，
（1）酸性條件下，氫氧化鈷被二氧化硫還原生成二價(jià)鈷離子，同時(shí)生成硫酸根離子和水，離子方程式為2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2 Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O，
故答案為：2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2 Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；
（2）除鐵過程中，若選用氧化性更強(qiáng)的NaClO除鐵，次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，能氧化鈷離子而導(dǎo)致得不到CoSO₄•7H₂O，所以不能選取NaClO作氧化劑，
故答案為：氧化性過強(qiáng)會(huì)使Co²⁺被氧化；
（3）通過以上分析知，濾渣II為Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
（4）過濾后得到的濾液II中含有硫酸鈷、硫酸鈉、氯化鈉，且硫酸鈷溶解度隨著溫度升高而增大，20-40℃硫酸鈉溶解度隨著溫度升高而增大，40℃后硫酸鈉溶解度隨著溫度升高而降低，氯化鈉溶解度隨著溫度升高變化不大，所以要從溶液中得到硫酸鈷晶體，應(yīng)該采用蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾，冷卻到40℃結(jié)晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗產(chǎn)品，防止硫酸鈷析出而降低產(chǎn)率，冷卻到40℃結(jié)晶，因?yàn)樵摐囟认铝蛩徕捜芙舛冉档洼^大，硫酸鈉溶解度較小，防止析出硫酸鈉晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾；防止析出硫酸鈉晶體．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備，為高考�？疾榉绞�，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)、物質(zhì)分離提純方法及物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷、識圖及理解應(yīng)用能力，易錯(cuò)點(diǎn)是（4）題分析，題目難度中等．