Question

【題目】鈷被譽(yù)為戰(zhàn)略物資，有出色的性能和廣泛的應(yīng)用。以水鈷礦 (主要成分為Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)為原料制備CoCl2·6H2O的工藝流程如圖所示:

回答下列問(wèn)題:

Ⅰ.“酸浸”

（1）鈷的浸出率隨酸浸時(shí)間、溫度的變化關(guān)系如下圖所示。綜合考慮成本，應(yīng)選擇的最佳工藝條件為______、______；濾渣A的主要成分為_______。

（2）Co2O3與濃硫酸反應(yīng)生成CoSO4，化學(xué)方程式為__________________

Ⅱ.“凈化除雜”分三步完成：

（3）除鐵：加入適量Na2SO4固體，析出淡黃色晶體黃鈉鐵礬Na2Fe6(SO4)4(OH)12離子方程式為__________________。

（4）除鈣、鎂：加入適量NaF，當(dāng)Mg2+恰好完全被除去(離子濃度等于10-5mol/L)時(shí)，c(Ca2+)=__________(兩位有效數(shù)字，Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp(CaF2)=1.5×10-10）

（5）除銅：加入適量Na2S2O3，發(fā)生反應(yīng)2CuSO4+2Na2S2O3+2H2O=Cu2S↓+S↓+2Na2SO4+2H2SO4，該反應(yīng)的還原產(chǎn)物為___________

Ⅲ.“萃取和反萃取”

（6）“水相C”中的主要溶質(zhì)是Na2SO4和________(寫化學(xué)式)。

（7）實(shí)驗(yàn)室稱取100g原料(含鈷11.80%)，反萃取時(shí)得到濃度為0.036mol/L的CoCl2溶液5L，忽略損耗，鈷的產(chǎn)率=____(產(chǎn)率=產(chǎn)物中元素總量/原料中該元素總量×100%)。

Answer 1

【答案】90℃ 12h SiO2（或二氧化硅） 2Co2O3+4H2SO4（濃）4CoSO4+4H2O+O2↑ 2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+ 2.0×10－5mol/L S、Cu2S NiSO4 90%

【解析】

（1）由圖像可知：最佳浸出溫度為90℃，而最佳浸出時(shí)間為12h；水鈷礦主要成分中SiO2在酸浸過(guò)程中不能溶解，所以濾渣A的主要成分為SiO2；

（2）根據(jù)電子守恒寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式；

（3）根據(jù)原子守恒和電荷守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式為：2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+；

（4）根據(jù)c(Ca2+)/c(Mg2+)=Ksp（CaF2）/Ksp（MgF2），求出c(Ca2+)；

（5）硫酸銅中Cu元素的化合價(jià)由+2價(jià)變?yōu)?/span>+1價(jià)，化合價(jià)降低，Na2S2O3中一部分S的化合價(jià)降低，轉(zhuǎn)化為S和Cu2S中的S，即還原產(chǎn)物是S、Cu2S；

（6）根據(jù)流程的目的以及主要成分，推出水相C中含有的主要溶質(zhì)是Na2SO4和NiSO4；

（7）根據(jù)產(chǎn)率的公式進(jìn)行計(jì)算。

（1）讀圖可知，升高溫度，鈷的浸出率逐漸增大，因此60℃時(shí)生產(chǎn)效率太低，90℃時(shí)的生產(chǎn)效率與100℃時(shí)的生產(chǎn)效率相差不明顯，但是100℃時(shí)生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于90℃時(shí)生產(chǎn)成本；因此最佳浸出溫度為90℃，而最佳浸出時(shí)間為12h；水鈷礦主要成分中SiO2在酸浸過(guò)程中不能溶解，所以濾渣A的主要成分為SiO2，故答案為：90℃、12h，SiO2（或二氧化硅）。

（2）Co2O3與濃硫酸反應(yīng)生成CoSO4，可知Co2O3作氧化劑，化合價(jià)升高被氧化的元素為O，-2價(jià)的氧被氧化成O2，根據(jù)電子守恒寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2Co2O3+4H2SO4（濃）4CoSO4+4H2O+O2↑，故答案為：2Co2O3+4H2SO4（濃）4CoSO4+4H2O+O2↑。

（3）加入適量Na2SO4固體，析出淡黃色晶體黃鈉鐵礬Na2Fe6(SO4)4(OH)12，根據(jù)原子守恒和電荷守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式為：2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+，故答案為：2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+。

（4）c(Ca2+)/c(Mg2+)=[c(Ca2+)c2(F－)]/[c(Mg2+)c2(F－)]=Ksp（CaF2）/Ksp（MgF2）=(1.5×10－10)/(7.40×10－11)，c(Mg2+)=10-5mol/L代入公式，求出c(Ca2+)=2.0×10－5mol/L，故答案為：2.0×10－5mol/L。

（5）還原產(chǎn)物是氧化劑被還原得出的物質(zhì)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，硫酸銅中Cu元素的化合價(jià)由+2價(jià)變?yōu)?/span>+1價(jià)，化合價(jià)降低，Na2S2O3中一部分S的化合價(jià)降低，轉(zhuǎn)化為S和Cu2S中的S，即還原產(chǎn)物是S、Cu2S，故答案為：S、Cu2S。

（6）根據(jù)流程的目的以及主要成分，推出水相C中含有的主要溶質(zhì)是Na2SO4和NiSO4，故答案為：NiSO4。

（7）根據(jù)產(chǎn)率的公式，得出鈷的產(chǎn)率為0.036mol/L×5L×59g/mol/（100g×11.80%）×100%=90%，故答案為：90%。