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溶液的pH見表：

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

（1）浸出過程中加入Na2SO3目的是___。

（2）NaClO3在浸出液中發生反應的離子方程式為___。

（3）加入Na2CO3調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整pH為2～3，___、__、過濾、洗滌、減壓烘干等過程。

（5）為測定粗產品中CoCl2·6H2O的含量，稱取一定質量的粗產品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸銀溶液，過濾、洗滌、干燥，測沉淀質量。通過計算發現粗產品中CoCl2·6H2O質量分數大于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分別得到一種固體物質，其質量如下表。

溫度范圍/℃	固體質量/g
150～210	4.41
290～320	2.41

經測定，整個受熱過程，只產生水蒸氣和CO2氣體，則290～320℃溫度范圍，剩余的固體物質化學式為____。[已知：CoC2O4·2H2O的摩爾質量為183g·mol1]

Answer 1

【答案】將Fe3+、Co3+還原 ClO3-＋6Fe2+＋6H+=Cl－＋6Fe3+＋3H2O 使Fe3+和Al3+沉淀完全 CaF2和MgF2 蒸發濃縮 冷卻結晶 粗產品中結晶水含量低(或粗產品中混有氯化鈉雜質) Co3O4(或CoO·Co2O3)

【解析】

(1)、浸出過程中，Co2O3、Fe2O3與鹽酸、Na2SO3發生反應，Co2O3轉化為Co2+，Fe2O3轉化為Fe2+，Co、Fe元素化合價降低，則S元素化合價升高，SO32-轉化為SO42-，故答案為：將Fe3+、Co3+還原；

(2)、NaClO3加入浸出液中，將Fe2+氧化為Fe3+，ClO-被還原為Cl-，反應的離子方程式為：ClO3-＋6Fe2+＋6H+=Cl－＋6Fe3+＋3H2O-；

(3)根據工藝流程圖結合表格中提供的數據可知，加Na2CO3調pH至5.2，目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全。濾液l中含有的金屬陽離子為Co2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+等，萃取劑層含錳元素,結合流程圖中向濾液1中加入了NaF溶液，知沉淀Ⅱ為MgF2、CaF2；

(4)、經過操作I由溶液得到結晶水合物，故除題中已知過程外，操作I還包括蒸發濃縮、冷卻結晶；

(5)、根據CoCl2·6H2O的組成及測定過程分析，造成粗產品中CoCl2·6H2O的質量分數大于100%的原因可能是：含有氯化鈉雜質，使氯離子含量增大或結晶水合物失去部分結晶水，導致相同質量的固體中氯離子含量變大；

(6)、整個受熱過程中只產生水蒸氣和CO2氣體，5.49 g CoC2O4·2H2O為0.03mol，固體質量變為4.41 g時，質量減少1.08g，恰好為0.06 mol H2O的質量，因此4.41 g固體為0.03 mol CoC2O4。依據元素守恒知，生成n(CO2)=0.06 mol，m(CO2)=0.06mol×44 g/mol=2.64 g。而固體質量由4.41 g變為2.41 g時，質量減少2 g，說明290~320℃內發生的不是分解反應，參加反應的物質還有氧氣。則參加反應的m(O2)=2.64 g-2 g=0.64 g，n(O2)=0.02mol，n(CoC2O4) : n(O2) : n(CO2)=0.03 : 0.02 : 0.06=3 : 2 : 6，依據原子守恒，配平化學方程式，故290~320℃溫度范圍，剩余固體物質的化學式為Co3O4或CoO·Co2O3。