Question

【題目】三氧化二鈷主要用作顏料、釉料及磁性材料，利用銅鈷礦石制備Co2O3的工藝流程如圖所示。

已知：銅鈷礦石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中還含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。請回答下列問題：

(1)“浸泡”過程中可以加快反應(yīng)速率和提高原料利用率的方法是_______(寫出2種即可)。

(2)“浸泡”過程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是____________。

(3)向“沉銅”后的濾液中加入NaClO3溶液，寫出濾液中的金屬離子與NaClO3反應(yīng)的離子方程式________________。

(4)溫度、pH對銅、鈷浸出率的影響如圖1、圖2所示：

①“浸泡”銅鈷礦石的適宜條件為__________________。

②圖2中pH增大時銅、鈷浸出率下降的原因可能是___________。

(5)CoC2O4·2H2O在空氣中高溫煅燒得到Co2O3的化學(xué)方程式是________。

(6)一定溫度下，向濾液A中加入足量的NaF溶液可將Ca2+、Mg2+沉淀而除去，若所得濾液B中c(Mg2+)=1.0×10-5 mol/L，則濾液B中c(Ca2+)為______。［已知該溫度下Ksp(CaF2)=3.4×10-11，Ksp(MgF2)=7.1×10－11］

Answer 1

【答案】升溫、粉碎礦石、適當(dāng)增加稀硫酸的濃度(任意兩種) 將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+ ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O 溫度為65～75℃、pH為0.5～1.5 pH升高后溶液中c(H+)下降，溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力降低 4CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O 4.8×10-6 mol/L

【解析】

含鈷廢料中加入過量稀硫酸和Na2SO3，可得Co2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+，加入的Na2SO3主要是將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+，沉銅后加入NaClO3將Fe2+氧化為Fe3+，加入Na2CO3調(diào)pH，可以使Fe3+沉淀，過濾后所得濾液主要含有Co2+、Mg2+、Ca2+，再用NaF溶液除去鈣、鎂，過濾后，向濾液中加入濃Na2CO3溶液轉(zhuǎn)為CoCO3固體，最后進(jìn)入草酸銨溶液得到草酸鈷，煅燒后制得Co2O3。

(1)“浸泡”過程中可以加快反應(yīng)速率和提高原料利用率的方法是如升高溫度、粉碎礦石、適當(dāng)增加稀硫酸的濃度等(任意兩種)；

(2)Co2O3與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生Co2(SO4)3，雜質(zhì)Fe2O3與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生Fe2(SO4)3，Co3+、Fe3+都具有氧化性，而Na2SO3具有還原性，所以在“浸泡”過程中，加入Na2SO3溶液的主要作用是將溶液中的將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+；

(3)“沉銅”后的濾液中含有Fe2+，向其中加入NaClO3溶液，NaClO3會將Fe2+氧化為Fe3+，則根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒，可知濾液中的Fe2+與NaClO3反應(yīng)的離子方程式為：ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O；

(4)①根據(jù)圖1可知，溫度在65℃～75℃時，鈷、銅的浸出率最高，且之后銅的浸出率變化不大，鈷的浸出率有下降趨勢。在圖2中pH：0.5～1.5銅、鈷的浸出率最高，pH>1.5，銅、鈷的浸出率開始下降。故 “浸泡”銅鈷礦石的適宜條件為溫度：65℃～75℃、pH：0.5～1.5；

②圖2是pH變化對銅、鈷浸出率的影響，浸出過程中是利用H+和CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3中的OH-和CO32-反應(yīng)，使得Co3+和Co2+溶解在溶液中，所以pH升高后溶液中c(H+)濃度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降；

(5)由題中可知CoC2O42H2O在空氣中高溫煅燒得到Co2O3，CoC2O4中Co的化合價為+2價，生成Co2O3(Co的化合價為+3價)，化合價升高，說明空氣中的O2作為氧化劑參與了反應(yīng)，而C2O42-具有一定還原性也被O2氧化成CO2，故產(chǎn)物分別為Co2O3和CO2，根據(jù)元素守恒，可推測出產(chǎn)物中還有H2O生成。在根據(jù)電子守恒和原子守恒法，最終可得知反應(yīng)方程式為4CoC2O4·2H2O+3O22Co2O3+8CO2+8H2O；

(6) Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-)=3.4×10-11，Ksp(MgF2)=c(Mg2+)·c2(F-)=7.1×10－11，所以=0.48，所以c(Ca2+)=0.48×1×10-5 mol/L=4.8×10-6 mol/L。