Question

【題目】利用水鈷礦（主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）可以制取多種化工試劑，以下為草酸鈷晶體和氯化鈷晶體的制備流程，回答下列問題：

已知：①浸出液中含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等．

②沉淀I中只含有兩種沉淀。

③流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表．

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
開始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

（1）浸出過程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為___________。

（2）NaClO3在浸出液中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式為_________________。

（3）加入Na2CO3調(diào)PH至5.2，目的是__________________________；萃取劑層含錳元素，則沉淀II的主要成分為_____________。

（4）操作I包括：將水層加入濃鹽酸調(diào)整PH為2~3，___________、____________、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。

（5）為測定粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O含量，稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥，測沉淀質(zhì)量。通過計算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質(zhì)量分數(shù)大于100%,其原因可能是____________________（回答一條原因即可）。

（6）將5.49g草酸鈷晶體（CoC2O4·2H2O）置于空氣中加熱，受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如下表．

溫度范圍/℃	固體質(zhì)量/g
150～210	4.41
290～320	2.41

經(jīng)測定，整個受熱過程，只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，則290～320℃溫度范圍，剩余的固體物質(zhì)化學(xué)式為__。

［已知： CoC2O4·2H2O的摩爾質(zhì)量為183g·mol-1］

Answer 1

【答案】 Co2O3+SO32-+4H+= 2Co2++ SO42-+2H2O ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O 使Fe3+和Al3+沉淀完全 CaF2和MgF2 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低 產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì)（回答一條即可） Co3O4或者CoO·Co2O3

【解析】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+、Al3+、Mg2+、Ca2+等，則進入的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）根據(jù)以上分析可知浸出過程中Co2O3發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為Co2O3+SO32-+4H+= 2Co2++ SO42-+2H2O；（2）NaClO3具有氧化性，能將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被還原生成氯離子，同時生成水，離子反應(yīng)方程式為ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O；（3）根據(jù)以上分析可知加入Na2CO3調(diào)pH至5.2的目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全；沉淀II的主要成分為CaF2和MgF2。（4）操作I包括：將水層加入濃鹽酸調(diào)整pH為2~3，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。（5）粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質(zhì)量分數(shù)大于100%，這說明氯離子含量偏高，因此其原因可能是產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低；產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì)；（6）5.49g草酸鈷晶體的物質(zhì)的量是0.03mol，分解生成水的質(zhì)量是0.06mol×18g/mol＝1.08g，所以150～210℃時結(jié)晶水完全失去，剩余固體是CoC2O4；290～320℃時剩余固體中Co的質(zhì)量是0.03mol×59g/mol＝1.77g，氧原子的質(zhì)量是2.41g－1.77g＝0.64g，物質(zhì)的量是0.64g÷16g/mol＝0.04mol，則固體中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為3：4，所以化學(xué)式為Co3O4或者CoO·Co2O3。