Question

【題目】利用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)可以制取多種化工試劑。下圖是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流程中部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見表：

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)生反應的離子方程式為______________。

（2）1molNaClO3在浸出液中發(fā)生反應時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_________。

（3）加入Na2CO3調(diào)pH至5.2只得到兩種沉淀，則沉淀I的成分為______________（填化學式，下同）；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）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)得到一種不同的固體物質(zhì)，其質(zhì)量如表。

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

經(jīng)測定，整個受熱過程產(chǎn)生的氣體只有水蒸氣和CO2，則290～320℃范圍內(nèi)，剩余固體物質(zhì)的化學式為______________。

Answer 1

【答案】Co2O3＋SO32-＋4H+===2Co2+＋SO42-+2H2O 6NA或3.612×1024 Fe(OH)3、Al(OH)3 CaF2、MgF2 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 Co3O4（或CoO·Co2O3）

【解析】

含鈷廢料中加入鹽酸，可得到CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，根據(jù)信息①中浸出液中含有的陽離子只要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等，則進入的Na2SO3將Co3+、Fe3+還原為Co2+、Fe2+。工藝流程最終為草酸鈷，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，過濾后得到的濾液主要含有CoCl2、MnCl2、CaCl2，用NaF溶液出去Ca、Mg，過濾后向濾液中加入萃取劑，將Mn2+萃取，萃取后的溶液中主要含有CoCl2，加入草酸銨溶液得到草酸鈷。

（1）根據(jù)上述分析可知浸出過程中Co2O3發(fā)生的離子反應為：Co2O3＋SO32-＋4H+===2Co2+＋SO42-+2H2O；

（2）NaClO3具有氧化性，能將Fe2+氧化成Fe3+，自身還原成Cl-，離子方程式為ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O，根據(jù)方程式可知1molNaClO3在浸出液中發(fā)生反應時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為6NA；

（3）根據(jù)上述分析可知，加入Na2CO3調(diào)節(jié)pH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至2-3，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、減壓烘干等過程；

（5）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1.08g，所以150-210℃時失水，剩余固體是CoC2O4；290-320℃時剩余固體中Co的質(zhì)量是1.77g，氧原子是質(zhì)量是2.41g-1.77g=0.64g，物質(zhì)的量為0.64/16=0.04mol，則剩余固體中Co原子與O原子的物質(zhì)的量比為3:4，所以化學式為Co3O4。