Question

【題目】利用水鈷礦（主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）可以制取多種化工試劑，以下為草酸鈷晶體和氯化鈷晶體的制備流程，回答下列問題：

已知：①浸出液中含有的陽離子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等。

②沉淀Ⅰ中只含有兩種沉淀。

③流程中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	開始沉淀	完全沉淀
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Co(OH)2	7.6	9.2
Al(OH)3	4.0	5.2
Mn(OH)2	7.7	9.8

（1）浸出過程中氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為___。

（2）NaClO3在浸出液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___。

（3）加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，目的是___；萃取劑層含錳元素，則沉淀Ⅱ的主要成分為__。

（4）操作Ⅰ包括：將水層加入濃鹽酸調(diào)整pH為2～3，___、___、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。

（5）為測定粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O的含量，稱取一定質(zhì)量的粗產(chǎn)品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥，測沉淀質(zhì)量。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)粗產(chǎn)品中CoCl2·6H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于100%，其原因可能是___（回答一條原因即可）。

（6）將5.49g草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)置于空氣中加熱，受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如表。

溫度范圍/℃	150～210	290～320
固體質(zhì)量/g	4.41	2.41

經(jīng)測定，整個(gè)受熱過程，只產(chǎn)生水蒸氣和CO2氣體，則290～320℃溫度范圍，剩余的固體物質(zhì)化學(xué)式為___。[已知：CoC2O4·2H2O的摩爾質(zhì)量為183g·mol-1]

Answer 1

【答案】1:1 使和沉淀完全 CaF2和MgF2 蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 粗產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低(或粗產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì)) Co3O4(或 CoO·Co2O3)

【解析】

水鈷礦中加入鹽酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、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?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）浸出過程中主要發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是： Co2O3是氧化劑，是還原劑，二者的物質(zhì)的量之比為1:1，故答案為：1:1

（2）NaClO3在浸出液中是將Fe2+氧化為Fe3+，故發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

，故答案為：

（3）通過信息③可知，加入Na2CO3調(diào)pH至5.2，可得到Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，故目的是使和沉淀完全；萃取劑層含錳元素，說明溶液中的除錳離子和鈷離子以外的金屬陽離子均已除去，故加入NaF溶液是除Ca2+和Mg2+，則沉淀Ⅱ的主要成分為CaF2和MgF2，故答案為：使和沉淀完全 CaF2和MgF2。

（4）從溶液中析出晶體，都要經(jīng)過：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥的過程，故答案為：蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶

（5）該步驟是通過加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥，測沉淀質(zhì)量的方法來計(jì)算粗產(chǎn)品中的，粗產(chǎn)品中氯元素的含量偏高則結(jié)果偏高，故可能的原因有可能是結(jié)晶水不足，或者結(jié)晶過程析出了氯化鈉，故答案為：粗產(chǎn)品中結(jié)晶水含量低(或粗產(chǎn)品中混有氯化鈉雜質(zhì))；

（6）草酸鈷晶體為，計(jì)算可知150～210℃時(shí)， ，可知此時(shí)失去全部結(jié)晶水；210～290℃時(shí)，氣體產(chǎn)物為CO2，此時(shí)根據(jù)質(zhì)量守恒可求得2.41g固體中含O原子，故產(chǎn)物為Co3O4或者CoO·Co2O3，故答案為：Co3O4(或 CoO·Co2O3)