Question

3．草酸鈷可用于指示劑和催化劑的制備．用水鈷礦（主要成分為Co₂O₃，含少量Fe₂O₃、A1₂O₃、MnO、MgO、CaO、SiO₂等）制取CoC₂O₄•2H₂O工藝流程如圖：

已知：①浸出液含有的陽(yáng)離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；
②酸性條件下，ClO₃^-不會(huì)氧化Co²⁺，ClO₃^-轉(zhuǎn)化為Cl^-；
③部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見(jiàn)表：

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Co（OH）2	Fe（OH）2	Mn（OH）2
完全沉淀的pH	3.7	5.2	9.2	9.6	9.8

（1）浸出過(guò)程中加入Na₂SO₃的主要目的是將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺．
（2）向浸出液中加入NaClO₃的離子反應(yīng)方程式：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（3）已知：常溫下
NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-  K_b=1.8×10^-5
H₂C₂O₄?H⁺+HC₂O₄^-  K_a1=5.4×10^-2
HC₂O₄^-?H+C₂O₄^2-  K_a2=5.4×10^-5
則該流程中所用（NH₄）₂C₂O₄溶液的pH＜7（填“＞”或“＜”或“=”）．
（4）加入（NH₄）₂C₂O₄溶液后析出晶體，再過(guò)濾、洗滌，洗滌時(shí)可選用的試劑有：A．
A．蒸餾水B．自來(lái)水C．飽和的（NH₄）₂C₂O₄溶液D．稀鹽酸
（5）萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如右圖1，萃取劑的作用是除去溶液中的Mn²⁺；其使用的適宜pH范圍是B．
A．2.0～2.5B．3.0～3.5C．4.0～4.5
（6）CoC₂O₄•2H₂O熱分解質(zhì)量變化過(guò)程如圖2所示．其中600℃以前是隔絕空氣加熱，600℃以后是在空氣中加熱．A、B、C均為純凈物；C點(diǎn)所示產(chǎn)物的化學(xué)式是Co₂O₃．

Answer 1

分析 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(yáng)離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，則進(jìn)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(guò)濾后所得濾液主要含有CoCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去鈣、鎂，過(guò)濾后，向?yàn)V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(jìn)入草酸銨溶液得到草酸鈷；
（1）Na₂SO₃將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺；
（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(shí)生成水；
（3）根據(jù)草酸的二級(jí)電離大于氨水的電離常數(shù)以及鹽類水解的規(guī)律分析；
（4）為晶體表面的附著液，需要對(duì)晶體進(jìn)行洗滌，洗滌時(shí)不能再引入新的雜質(zhì)離子，據(jù)此分析判斷；
（5）濾液中加入萃取劑的作用是除去錳離子；pH=2與pH=3時(shí)Co²⁺的萃取率變化不大，但pH=3時(shí)Mn的萃取率增大很多，而pH=5時(shí)，Co²⁺的萃取率比較大，損失嚴(yán)重；
（6）由圖可知，C點(diǎn)鈷氧化物質(zhì)量為8.30g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.30g-5.9g=2.40g，據(jù)此求算氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比，確定Co的氧化物化學(xué)式．

解答 解：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(yáng)離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等，則進(jìn)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(guò)濾后所得濾液主要含有CoCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂，用NaF溶液除去鈣、鎂，過(guò)濾后，向?yàn)V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(jìn)入草酸銨溶液得到草酸鈷．
（1）浸出過(guò)程中加入Na₂SO₃的目的是將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺，
故答案為：將Co³⁺、Fe³⁺還原為Co²⁺、Fe²⁺；
（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(shí)生成水，離子反應(yīng)方程式為ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）鹽類水解，誰(shuí)強(qiáng)顯誰(shuí)性，NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^- K_b=1.8×10^-5，HCO₄^-?H⁺+C₂O₄^2- K a2=5.4×10^-5，所以（NH₄）₂C₂O₄溶液中銨根離子水解大于草酸根離子水解，溶液呈酸性，即PH＜7，
故答案為：＜；
（4）為洗滌晶體附著的離子，同時(shí)不引入新的雜質(zhì)離子，過(guò)濾獲得晶體洗滌時(shí)，可直接選用蒸餾水洗滌，故答案為：A．
（5）濾液中加入萃取劑的作用是除去錳離子；pH=2與pH=3時(shí)Co²⁺的萃取率變化不大，但pH=3時(shí)Mn的萃取率增大很多，而pH=5時(shí)，Co²⁺的萃取率比較大，損失嚴(yán)重，故pH=3時(shí)最佳，
故答案為：除去溶液中的Mn²⁺；B；
（6）由圖可知，C點(diǎn)鈷氧化物質(zhì)量為8.30g，0.1molCo元素質(zhì)量為5.9g，氧化物中氧元素質(zhì)量為8.30g-5.9g=2.40g，則氧化物中Co原子與O原子物質(zhì)的量之比為0.1mol：$\frac{2.40}{16g/mol}$≈2：3，故C的Co氧化物為Co₂O₃，
故答案為：Co₂O₃．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及溶度積常數(shù)計(jì)算、沉淀與pH的關(guān)系、鹽類水解等知識(shí)點(diǎn)，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，知道涉及的操作方法及發(fā)生的反應(yīng)，難點(diǎn)是溶度積常數(shù)計(jì)算，題目難度中等．