【題目】CoCO3可用作選礦劑、催化劑及偽裝涂料的顏料。以含鈷廢渣(主要成份CoO、Co2O3,還含有Al2O3、ZnO等雜質(zhì))為原料制備CoCO3ZnSO4溶液的一種工藝流程如下:

下表是相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(按金屬離子濃度為1.0mol·L-1計(jì)算)

金屬離子

開始沉淀的pH

完全沉淀的pH

Co2+

7.6

9.4

Al3+

3.0

5.0

Zn2+

5.4

8.0

(1)寫出酸浸時發(fā)生氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________。

(2)“除鋁過程中需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為_________,形成沉渣時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________。

(3)在實(shí)驗(yàn)室里,萃取操作用到的玻璃儀器主要有_________________;上述萃取過程可表示為ZnSO4(水層)+2HX(有機(jī)層)ZnX2(有機(jī)層)+H2SO4(水層),由有機(jī)層獲取ZnSO4溶液的操作是______________。

(4)“沉鈷時,Na2CO3溶液滴加過快會導(dǎo)致產(chǎn)品不純,請解釋原因___________________。

(5)在空氣中煅燒CoCO3生成某種鈷氧化物和CO2,若充分煅燒一定量CoCO3后測定所得固體質(zhì)量為2.41g,CO2的體積為0.672L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),假設(shè)固體為純凈物,其化學(xué)式為__________。

【答案】Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O 5.0≤pH5.4(5.0-5.4) 2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2 分液漏斗、燒杯 向有機(jī)層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩,靜置分離出水層 Na2CO3溶液滴加過快,會導(dǎo)致局部堿性過強(qiáng)而產(chǎn)生Co(OH)2 Co3O4

【解析】

以含鈷廢渣(主要成份CoO、Co2O3,還含有Al2O3、ZnO等雜質(zhì))為原料制備CoCO3ZnSO4溶液,根據(jù)流程:酸浸時金屬氧化物與硫酸發(fā)生反應(yīng)而溶解,結(jié)合最終產(chǎn)物CoCO3Co元素價態(tài)可得,酸浸SO2的作用是將含鈷廢渣中+3價的Co還原為+2價;除鋁時加入Na2CO3,Al3+CO32-發(fā)生雙水解反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀除去;加入萃取劑HX(有機(jī)物),進(jìn)一步從有機(jī)層得到ZnSO4溶液;沉鈷時向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液產(chǎn)生CoCO3沉淀。

1酸浸時加入H2SO4SO2,由于SO2具有還原性,SO2將鈷廢渣中+3價的Co還原為+2價,酸浸時發(fā)生的非氧化還原反應(yīng)為:CoO+H2SO4=CoSO4+H2O、Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O,發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為Co2O3+SO2+H2SO4=2CoSO4+H2O。

2除鋁過程中Al3+完全沉淀,其它金屬陽離子不形成沉淀,根據(jù)已知Co2+、Al3+、Zn2+開始沉淀和沉淀完全的pH,除鋁過程中需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為5.0~5.4。形成沉渣時加入的是Na2CO3,發(fā)生的是Al3+CO32-的雙水解反應(yīng),形成沉渣時反應(yīng)的離子方程式為2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2。

3)在實(shí)驗(yàn)室里,萃取操作用到的玻璃儀器主要有分液漏斗、燒杯;根據(jù)萃取反應(yīng)ZnSO4(水層)+2HX(有機(jī)層) ZnX2(有機(jī)層)+H2SO4(水層)可得,由有機(jī)層獲得ZnSO4溶液,要使平衡逆向移動,所以要向有機(jī)層中加入硫酸,然后分液,所以由有機(jī)層獲取ZnSO4溶液的操作是:向有機(jī)層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩,靜置分離出水層。

4沉鈷時是向CoSO4溶液中加入Na2CO3溶液產(chǎn)生CoCO3沉淀,由于Na2CO3溶液呈堿性,若Na2CO3溶液滴加過快會導(dǎo)致局部堿性過強(qiáng)而產(chǎn)生Co(OH)2沉淀,導(dǎo)致產(chǎn)品CoCO3中混有Co(OH)2。

50.672L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO2的物質(zhì)的量為0.03mol,根據(jù)C元素守恒,n(CoCO3)=n(CO2)=0.03mol;根據(jù)Co元素守恒,n(Co)=0.03mol,m(Co)=0.03mol×59g/mol=1.77g,則氧化物中m(O)=2.41g-1.77g=0.64g,所以n(O)=0.04mol,n(Co)n(O)=0.03mol0.04mol=3:4,故該鈷氧化物的化學(xué)式為Co3O4。

練習(xí)冊系列答案
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3)小王同學(xué)通過計(jì)算,用托盤天平稱取___g CuSO4·5H2O。

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