Question

【題目】過渡金屬催化的反應已成為重要的合成工具，貴金屬成本高，會對環境造成的不利影響。因此研究成本低廉的含錳、鐵、鈷、鎳、銅等催化劑應用成為熱點。以下是以含鈷廢渣（主要成分CoO、Co2O3，還含有Al2O3、ZnO等雜質）為原料制備CoCO3的一種工藝流程：

下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0 mol/L計算）

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Co2+	7.6	9.4
Al3+	3.0	5.0
Zn2+	5.4	8.0

回答下列問題：

（1）“酸浸”時通入SO2的目的是 ____________，反應的離子方程式為______________。

（2）“萃取”過程可表示為ZnSO4（水層）+2HX（有機層）ZnX2（有機層）+H2SO4（水層），由有機層獲取ZnSO4溶液的操作是 __________________。

（3）“沉鈷”時Na2CO3溶液需緩慢滴加的原因是 ____________。

（4）用得到的CoCO3等為原料采用微波水熱法和常規水熱法可以制得兩種CoxNi(1-x)Fe2O4（其中Co、Ni均為+2價），均可用作H2O2分解的催化劑，有較高的活性。如圖是兩種不同方法制得的CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化曲線。由圖中信息可知：____________法制取得到的催化劑活性更高，由此推測Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是____________ 。

（5）用純堿沉淀轉化法也可以從草酸鈷(CoC2O4)廢料得到CoCO3，向含有CoC2O4固體的溶液中滴加Na2CO3溶液，當有CoCO3沉淀生成時，溶液中=___________。[已知Ksp(CoC2O4)=6.3×10-8 Ksp (CoCO3)=1.4×10- 13]

Answer 1

【答案】 將Co3+轉化為Co2+ 2Co3++SO2+2H2O= 2Co2++SO42-+4H+ 向有幾層中加入適量的硫酸溶液充分振蕩，靜置，分液 防止加入過快而產生Co(OH)2沉淀 微波水熱 Co2+ 2.2×10-6

【解析】（1）從流程圖知要把Co3+轉化為Co2+，SO2具有還原性，能把Co3+轉化為Co2+，所以“酸浸”時通入SO2的目的是將Co3+轉化為Co2+ ，反應的離子方程式為2Co3++SO2+2H2O= 2Co2++SO42-+4H+。因此，本題正確答案為：將Co3+轉化為Co2+。

（2）“萃取”過程可表示為ZnSO4（水層）+2HX（有機層）ZnX2（有機層）+H2SO4（水層），由有機層獲取ZnSO4溶液的操作是向有幾層中加入適量的硫酸溶液，使平衡逆向進行，充分振蕩后再靜置，分液。

（3）為防止因加入Na2CO3溶液過快而產生Co(OH)2沉淀，“沉鈷”時需緩慢滴加，因此，本題正確答案為：防止加入過快而產生Co(OH)2沉淀。

（4）H2O2分解的分解速率越大，催化劑活性活性越高，根據圖像可以知道，X相同時，微波水熱法初始速率大于常規水熱法，故微波水熱制取得到的催化劑活性更高；由圖可以知道，隨X越大，過氧化氫的分解速率越大，而X增大，Co2+的比例增大，故Co2+的催化效果更好，因此，本題正確答案為：微波水熱 ；Co2+。

（5）向含有CoC2O4固體的溶液中滴加Na2CO3溶液，當有CoCO3沉淀生成時，Ksp(CoC2O4)=c(Co2+)c(CO32-)，Ksp (CoCO3)=c(Co2+)c(C2O42-)，所以溶液中= Ksp (CoCO3)/ Ksp(CoC2O4)= 1.4×10- 13/6.3×10-8=2.2×10-6。