Question

【題目】鈷及其化合物廣泛應(yīng)用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領(lǐng)域。一種制備草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)的工藝流程如下：

已知：①水鈷礦主要成分為Co2O3、Co(OH)3，還含有少量Fe2O3、Al2O3、MnO等雜質(zhì)。

②浸出液含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等。

③部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表:

(金屬離子濃度以0.01mol·L-1計(jì))

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

(1) 寫出浸出過程中Co(OH)3發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：____________________。

(2) NaClO3的作用是_______________________。

(3) 加Na2CO3調(diào)pH的范圍應(yīng)該在_____之間。加入萃取劑的目的是____________。

(4) 在空氣中加熱5.49g草酸鈷晶體（CoC2O4·2H2O）樣品，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
890～920	2.25

經(jīng)測(cè)定，210～290℃過程中產(chǎn)生的氣體只有CO2，此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________。[M(CoC2O4·2H2O=183g/mol]

Answer 1

【答案】 2Co(OH)3＋SO32-＋4H+===2Co2+＋SO42-＋5H2O 將Fe2+氧化成Fe3+ 5.2~7.6 除去Mn2+ 3CoC2O4 + 2O2Co3O4 +6CO2

【解析】(1) 浸出過程中Co(OH)3在酸性條件下氧化Na2SO3，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Co(OH)3＋SO32-＋4H+=2Co2+＋SO42-＋5H2O；

(2) 為有利于Fe2+的除去，使用NaClO3將Fe2+氧化成Fe3+；

(3) 為控制Fe3+和Al3+完全沉淀，同時(shí)Co2+不沉淀，加Na2CO3調(diào)pH的范圍應(yīng)該在5.2~7.6之間；由流程圖可知，加入萃取劑的目的是除去Mn2+；

(4) 晶體物質(zhì)的量n==0.03mol，失去結(jié)晶水應(yīng)為0.06mol，固體質(zhì)量變化=0.06mol×18g/mol=1.08g，圖表數(shù)據(jù)可知，150～210固體質(zhì)量變化=5.49g-4.41g=1.08g，說明210°C失去結(jié)晶水得到CoC2O4，210～290℃過程中是CoC2O4發(fā)生的反應(yīng)，產(chǎn)生的氣體只有CO2 ，依據(jù)元素守恒得到生成CO2物質(zhì)的量為0.06mol，質(zhì)量=0.06mol×44g/mol=2.64g，氣體質(zhì)量共計(jì)減小=4.41g-2.41g=2g，說明有氣體參加反應(yīng)應(yīng)為氧氣，則反應(yīng)的氧氣質(zhì)量=2.64g-2g=0.64g，O2物質(zhì)的量==0.02mol；n(CoC2O4)：n(O2)：n(CO2)=0.03：0.02：0.06=3：2：6，依據(jù)原子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。