Question

【題目】以含鈷廢催化劑(主要成分為Co、Fe、SiO2)為原料來制取氧化鈷(Co2O3)，是我國生產(chǎn)氧化鈷常見的工業(yè)方法之一。其生產(chǎn)流程如下：

已知：KMnO4的氧化性強(qiáng)，可以氧化HBr、HCl、Fe2＋等。

請回答以下問題：

（1）“溶解”前，需將含鈷廢催化劑粉碎的目的是____________，“溶解”后所得濾渣的主要成分是________________(填化學(xué)式)。

（2）“氧化”的目的是將Fe2＋氧化成Fe3＋，該反應(yīng)的離子方程式為__________；實(shí)驗(yàn)中能否選用KMnO4溶液檢驗(yàn)Fe2＋是否完全氧化?______ (填“能”或“不能”)，理由是______________________________。

（3）“除鐵”步驟中，當(dāng)Fe3＋與CO32－的物質(zhì)的量相等時(shí)，恰好完全反應(yīng)生成黃鈉鐵礬[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________

（4）加入Na2CO3溶液后生成“沉淀”，過濾后需用水洗滌沉淀，檢臉沉淀已經(jīng)洗滌干凈的方法是______________

（5）現(xiàn)取10.0g含鈷廢催化劑(含鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.8%)模擬以上生產(chǎn)流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終得到7.47g氧化鈷，則該實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為__________________

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快浸取速率 SiO2 6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O 不能 反應(yīng)后的溶液中含有H+和Cl—，也會使KMnO4溶液褪色 3Fe2（SO4）3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+5Na2SO4+6CO2↑ 取最后一次洗滌液，加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若沒有沉淀生成，說明沉淀洗滌干凈 75%

【解析】

由流程圖可知，向含鈷廢催化劑中加入稀硫酸，鈷和鐵與硫酸反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Co+H2SO4=CoSO4+H2↑、Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，二氧化硅與稀硫酸不反應(yīng)，過濾，濾渣是不溶的二氧化硅，而濾液是硫酸鈷、硫酸亞鐵與過量的硫酸的混合溶液；向?yàn)V液中加入氯酸鈉，氯酸鈉具有氧化性，酸性條件下將亞鐵離子氧化成鐵離子；向反應(yīng)后溶液中加入碳酸鈉，調(diào)節(jié)溶液pH為2，將溶液中的鐵離子轉(zhuǎn)化為黃鈉鐵礬[Na2Fe6（SO4）4（OH）12]沉淀除去；過濾，向?yàn)V液中繼續(xù)加入碳酸鈉，調(diào)節(jié)溶液pH為7，得到碳酸鈷沉淀；過濾，用鹽酸溶解碳酸鈷沉淀，再向所得溶液中加入草酸銨，得到草酸鈷沉淀，過濾，灼燒草酸鈷沉淀，草酸鈷沉淀與空氣中氧氣反應(yīng)生成氧化鈷。

（1）“溶解”前，需將含鈷廢催化劑粉碎，目的是增大固體的表面積，增大含鈷廢催化劑與稀硫酸的接觸面積，加快浸取速率；“溶解”時(shí)，鈷和鐵與硫酸反應(yīng)，二氧化硅與稀硫酸不反應(yīng)，則溶解后，過濾所得濾渣的主要成分是SiO2，故答案為：增大接觸面積，加快浸取速率；SiO2；

（2）向?yàn)V液中加入氯酸鈉，氯酸鈉具有氧化性，酸性條件下將亞鐵離子氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O；KMnO4的氧化性強(qiáng)，酸性條件下，高錳酸鉀能與Cl—發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使KMnO4溶液褪色，因氧化后的溶液中含有H+和Cl—，會干擾Fe2＋檢驗(yàn)，則不能選用KMnO4溶液檢驗(yàn)Fe2＋是否完全氧化，故答案為：6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O；不能；反應(yīng)后的溶液中含有H+和Cl—，也會使KMnO4溶液褪色；

（3）“除鐵”步驟中，當(dāng)Fe3＋與CO32－的物質(zhì)的量相等時(shí)，生成硫酸鐵與碳酸鈉發(fā)生雙水解反應(yīng)，反應(yīng)生成黃鈉鐵礬[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀、硫酸鈉和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe2（SO4）3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+5Na2SO4+6CO2↑，故答案為：3Fe2（SO4）3+6H2O+6Na2CO3=Na2Fe6（SO4）4（OH）12↓+5Na2SO4+6CO2↑；

（4）加入Na2CO3溶液，碳酸鈉與溶液中鈷離子反應(yīng)生成碳酸鈷沉淀，碳酸鈷沉淀表面附有可溶的硫酸鈉或氯化鈉雜質(zhì)，則可以用鹽酸酸化的氯化鋇溶液檢驗(yàn)最后一次洗滌液是否含有硫酸根，檢驗(yàn)測定是否洗滌干凈，具體操作為取最后一次洗滌液，加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若沒有沉淀生成，說明沉淀洗滌干凈，故答案為：取最后一次洗滌液，加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液，若沒有沉淀生成，說明沉淀洗滌干凈；

（5）含鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.8%的10.0g含鈷廢催化劑中鈷原子的物質(zhì)的量為=0.12mol，由鈷原子個(gè)數(shù)守恒可知Co2O3的物質(zhì)的量為0.06mol，則實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率為×100%=75%，故答案為：75%。