Question

【題目】草酸鈷可用于指示劑和催化劑的制備。用水鈷礦(主要成分為Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取COC2O4·2H2O工藝流程如下：

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

②部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

（1）浸出過程中加入Na2SO3的目的是_______________。

（2）NaClO3在反應中氯元素被還原為最低價，該反應的離子方程式為 ______________。

（3）加Na2CO3能使浸出液中某些金屬離子轉化成氫氧化物沉淀。試用離子方程式和必要的文字簡述其原理：_____________________________________。

（4）濾液I“除鈣、鎂”是將其轉化為MgF2、CaF2沉淀。已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10，當加入過量NaF后，所得濾液______。

（5）萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系如右圖所示，在濾液II中適宜萃取的pH為___左右。

a．1 b．2 c．3 d．4

則該流程中所用(NH4)2C2O4溶液的pH_____7(填“>”或“<”或“=”)

(7)CoC2O4·2H2O熱分解質量變化過程如右圖所示(其中600℃以前是隔絕空氣加熱，600℃以后是在空氣中加熱)；A、B、C均為純凈物；C點所示產物的化學式是__________

Answer 1

【答案】

（1）還原Fe3＋、Co3＋為Fe2＋、Co2＋；

（2）ClO3－＋6Fe2＋＋6H＋＝6Fe3＋＋Cl－＋3H2O ；

（3）加入的碳酸鈉（或CO32－）與H＋反應，c(H＋)降低，使Fe3＋和Al3＋（用M3＋代替）的水解平衡M3＋＋3H2O M(OH)3＋3H＋，向右移動，而產生氫氧化物沉淀；

（4）0.7，[Ksp(MgF2)÷Ksp(CaF2)＝ 7.35×10－11÷1.05×10－10＝0.7；

（5）c；

（6）＜；

（7）Co3O4；

【解析】

試題分析：浸出液含有的陽離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等；加入NaClO3可氧化亞鐵離子，得到FeCl3，然后加入Na2CO3調pH至5.2，可得Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，過濾后所得濾液主要有Co2＋、Mn2＋、Ca2＋、Mg2＋，加入NaF，除去Ca2＋、Mg2＋，再在濾液中加入萃取劑，最后得到CoC2O4；

（1）Na2SO3具有還原性，能將Co3+、Fe3+還原為Fe2＋、Co2＋；

（2）氯酸鈉具有氧化性，能將浸出的亞鐵離子氧化成鐵離子，自身被還原為氯離子，同時生成水，離子方程式為：ClO2-+6Fe2++6H+＝6Fe3++Cl-+3H2O；

（3）加入的碳酸鈉（或CO32－）與H＋反應，c(H＋)降低，使Fe3＋和Al3＋的水解平衡Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋向右移動，從而產生氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀；

（4）當加入過量的氟化鈉后，所得到濾液中鎂離子與鈣離子的比例等于氟化鎂和氟化鈣的溶度積的比值＝7.35×10-11/1.05×10-10＝0.7；

（5）由萃取劑對金屬離子的萃取率與pH的關系圖可知，溶液的pH是3.0時Mn2+完全萃取，答案選c；

（6）因NH3·H2O的Kb大于H2C2O4的Ka2，則(NH4)2C2O4溶液中NH4+比C2O42－的水解能力弱，溶液顯酸性，即pH＜7。

（7）由題意知，二水合草酸鈷(CoC2O42H2O)的起始質量是18.3g，物質的量為0.1mol，其中Co元素的質量是5.9g，300℃時該固體分解為Co的氧化物，C點固體質量為8.03g，則O元素的質量是8.03g-5.9g＝2.13g，物質的量是2.13g/16gmol-1＝0.133125mol，則該固體中Co與O原子的物質的量之比是0.1: 0.133125＝3:4，因此C點剩余固體的化學成分為Co3O4。