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)，是我國生產氧化鈷常見的工業方法之一。其生產流程如下：

已知：KMnO4的氧化性強，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________________(填化學式)。

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

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

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

（5）現取10.0g含鈷廢催化劑(含鈷的質量分數為70.8%)模擬以上生產流程進行實驗，最終得到7.47g氧化鈷，則該實驗的產率為__________________

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，反應的化學方程式為Co+H2SO4=CoSO4+H2↑、Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，二氧化硅與稀硫酸不反應，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；向濾液中加入氯酸鈉，氯酸鈉具有氧化性，酸性條件下將亞鐵離子氧化成鐵離子；向反應后溶液中加入碳酸鈉，調節溶液pH為2，將溶液中的鐵離子轉化為黃鈉鐵礬[Na2Fe6（SO4）4（OH）12]沉淀除去；過濾，向濾液中繼續加入碳酸鈉，調節溶液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，鈷和鐵與硫酸反應，二氧化硅與稀硫酸不反應，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）向濾液中加入氯酸鈉，氯酸鈉具有氧化性，酸性條件下將亞鐵離子氧化成鐵離子，反應的離子方程式為：6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O；KMnO4的氧化性強，酸性條件下，高錳酸鉀能與Cl—發生氧化還原反應，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，則不能選用KMnO4溶液檢驗Fe2＋是否完全氧化，故答案為：6Fe2++6H++ClO3-═6Fe3++Cl-+3H2O；不能；反應后的溶液中含有H+和Cl—，也會使KMnO4溶液褪色；

（3）“除鐵”步驟中，當Fe3＋與CO32－的物質的量相等時，生成硫酸鐵與碳酸鈉發生雙水解反應，反應生成黃鈉鐵礬[Na2Fe6(SO4)4(OH)12]沉淀、硫酸鈉和二氧化碳，反應的化學方程式為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，則可以用鹽酸酸化的氯化鋇溶液檢驗最后一次洗滌液是否含有硫酸根，檢驗測定是否洗滌干凈，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）含鈷的質量分數為70.8%的10.0g含鈷廢催化劑中鈷原子的物質的量為=0.12mol，由鈷原子個數守恒可知Co2O3的物質的量為0.06mol，則實驗的產率為×100%=75%，故答案為：75%。