【題目】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、CaOSiO2)制取CoC2O4·2H2O工藝流程如下

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溶液的pH見表:

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)CoC2O4·2H2OC的化合價是____________________________。

(2)寫出浸出過程中Na2SO3Co2O3發(fā)生反應的離子方程式:______________。

(3)浸出液中加入NaClO3的目的是____________________________。

(4)Na2CO3能使浸出液中某些金屬離子轉(zhuǎn)化成氫氧化物沉淀,沉淀除Al(OH)3外,還有的成分是______________(填化學式),試用離子方程式和必要的文字簡述其原理:____________________________。

(5)萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如圖,萃取劑的作用是______________;其使用的適宜pH范圍是______________

A. 2.02.5

B. 3.03.5

C. 4.04.5

(6)濾液I“除鈣、鎂是將其轉(zhuǎn)化為MgF2、CaF2沉淀。己知Ksp(MgF2)=7.35×10-11Ksp(CaF2)=1.05×10-10,當加入過量 NaF后,所得濾液 c(Mg2+)/c(Ca2+) =______________

(7)m1kg水鈷礦(Co2O360%)制備CoC2O4·2H2O,最終得到產(chǎn)品m2kg,產(chǎn)率(實際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量×100%)____________________________(已知:M(Co2O3)=166, M(CoC2O4·2H2O)=183,僅需列出數(shù)字計算式)。

【答案】+3 SO32-+ Co2O3+4H+=2Co2++SO42-+2H2O 將浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+ Fe(OH)3 Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+,加入的碳酸鈉(CO32-)H+反應,c(H+)降低,從而促進水解平衡向右移動 除去溶液中的Mn2+ B 0.7 ×100%

【解析】

用水鈷礦(主要成分為Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3MnO、MgO、CaO、SiO2)制取CoC2O42H2O,水鈷礦中加入鹽酸,可得CoCl3、FeCl3AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2,信息①中浸出液含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+Al3+等,則加入的Na2SO3Co3+、Fe3+還原為Co2+Fe2+;工藝流程最終得到草酸鈷,加入NaClO3Fe2+氧化為Fe3+,加入Na2CO3調(diào)pH5.2,可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,過濾后所得濾液主要含有CoCl2、MnCl2、MgCl2、CaCl2,用NaF溶液除去鈣、鎂,過濾后,向濾液中加入萃取劑,將錳離子萃取,萃取后的余液中主要含有CoCl2,加入草酸銨溶液得到草酸鈷,最后再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾并洗滌得到CoC2O4·2H2O,據(jù)此解答。

(1)CoC2O4·2H2OCo+2價,O-2價,根據(jù)各元素正、負化合價代數(shù)和為0,計算得元素C的化合價是+3價;

(2) 加入的Na2SO3主要Co3+還原為Co2+,發(fā)生反應的離子方程式為:Co2O3+4H++SO32-═2Co2++SO42-+2H2O

(3)浸出液中加入NaClO3的目的是加入 NaClO3發(fā)生可以將溶液中Fe2+氧化,進而調(diào)節(jié)pH除去Fe3+

(4) Na2CO3調(diào)節(jié)溶液pH=5.2,能使Fe3+Al3+ 離子轉(zhuǎn)化成Al(OH)3Fe(OH)3沉淀,原因是:因Fe3+Al3+水溶液中存在水解平衡Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,加入碳酸鈉后CO32-H+結合生成難電離的HCO3-,使水解平衡右移而產(chǎn)生沉淀;

(5) 根據(jù)流程圖可知,過濾后所得濾液主要含有CoCl2MnCl2,此時溶液中存在Mn2+、Co2+金屬離子,加入萃取劑目的是除去Mn2+,則選取的萃取劑不與水互溶,不與水、Co2+反應,相同條件下雜質(zhì)離子在萃取劑中溶解度大而Co2+在萃取劑中溶解度;由萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系可知,調(diào)節(jié)溶液pH3.03.5之間,可使Mn2+完全沉淀,并防止Co2+轉(zhuǎn)化為Co(OH)2沉淀,故B正確,故答案為B。

(6) 當加入過量NaF后,所得濾液====0.7

(7) m1kg水鈷礦中含Co23的物質(zhì)的量為,則CoC2O4·2H2O的理論產(chǎn)量為×2×183g/mol,則產(chǎn)率為×100%=×100%。

練習冊系列答案
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時間/t(min)

0

10

20

30

40

50

NO

1.00

0.68

0.50

0.50

0.60

0.60

N2

0

0.16

0.25

0.25

0.30

0.30

CO2

0

0.16

0.25

0.25

0.30

0.30

A. 10~20 min內(nèi),NO的平均反應速率為0.018mol/Lmin

B. T1時,該反應的平衡常數(shù)K=0.25

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