Question

9．草酸鈷用途廣泛，可用于指示劑和催化劑的制備．一種利用水鈷礦制取草酸鈷晶體（CoC₂O₄?2H₂O）工藝流程如圖1：

已知：①浸出液含有的陽離子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等；
②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見表：

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

（1）浸出過程中加入Na₂SO₃的 離子方程式為2Co³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Co²⁺+SO₄^2-+2H⁺
（2）NaClO₃的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺； 調(diào)PH至5.2，沉淀的主要成分為Al（OH）₃、Fe（OH）₃
（3）萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系如圖2所示．濾液Ⅱ中加入萃取劑的作用是除去Mn²⁺；使用萃取劑適宜的pH是B
A．接近2.0          B．接近3.0         C．接近5.0
（4）除鈣、鎂是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為MgF₂、CaF₂沉淀，已知K_sp（MgF₂）=7.35×10^-11、K_sp（CaF₂）=1.05×10^-10．當(dāng)加入過量NaF后，所得濾液c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=0.7．
（5）已知含鈷廢料中含Co₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，若取mkg該含鈷廢料按照上述流程，理論上最多能制得草酸鈷晶體的質(zhì)量為$\frac{1830ma}{83}$或16.6mag．

Answer 1

分析 水鈷礦中加入鹽酸和亞硫酸鈉，可得CoCl₂、AlCl₃、FeCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，加入NaClO₃，可得到FeCl₃，然后加入Na₂CO₃調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾后所得濾液主要含有CoCl₂、MgCl₂、CaCl₂、MnCl₂，向溶液中加入NaF溶液，除去鈣鎂離子，然后過濾得到的濾液中II中加入萃取劑，萃取后溶液加入草酸銨，得到草酸鈷，據(jù)此分析作答．

解答 解：（1）亞硫酸鈉具有還原性，能還原氧化性離子Co³⁺，反應(yīng)為：2Co³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Co²⁺+SO₄^2-+2H⁺；
故答案為：2Co³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Co²⁺+SO₄^2-+2H⁺；
（2）NaClO₃的作用是：將浸出液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加Na₂CO₃調(diào)PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺ 離子轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
故答案為：將 Fe²⁺氧化為 Fe³⁺；Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（3）根據(jù)流程圖可知，此時(shí)溶液中存在Mn²⁺、Co²⁺金屬離子；
由萃取劑對(duì)金屬離子的萃取率與pH的關(guān)系可知，調(diào)節(jié)溶液PH在3.0～3.5之間，可使Mn²⁺完全沉淀，并防止Co²⁺轉(zhuǎn)化為Co（OH）₂沉淀；
故答案為：除去Mn²⁺；B；
（4）由溶度積可知，濾液Ⅰ“除鈣、鎂”是將溶液中Ca²⁺與Mg²⁺轉(zhuǎn)化為CaF₂、MgF₂沉淀，根據(jù)溶度積可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7；
故答案為：0.7；
（5）mkg含鈷廢料中含Co₂O₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，則鈷元素的物質(zhì)的量為$\frac{m×a%×1{0}^{-3}×2}{166}$mol，鈷元素質(zhì)量守恒則，草酸鈷晶體（CoC₂O₄?2H₂O）的質(zhì)量為$\frac{m×a%×1{0}^{-3}×2}{166}$mol×183g/mol=$\frac{1830ma}{83}$g=16.6ma；
故答案為：$\frac{1830ma}{83}$或16.6ma．

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、氧化還原反應(yīng)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．