Question

【題目】某銅鈷礦石主要含有CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，及一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。由該礦石制Co2O3的部分工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）“浸泡”過程中，鈷(III)可轉化為CoSO4，寫出該轉化的化學方程式：________。

（2）“除銅”若選用MnS，計算常溫下該“除銅”反應的平衡常數K=________。［保留2位有效數字；已知常溫下Ksp(MnS)=2.5×10–13，Ksp(CuS)=1.3×10–36]

（3）①步驟I中加入NaClO3反應的離子方程式為_______。

②常溫下，溶液中金屬離子(Mn+)的pM［pM=–lgc(Mn+)]隨溶液pH變化關系如圖所示，設加入NaClO3后，溶液中的c(CO2+)為0.1molL–1，依據如圖分析，步驟I中加入Na2CO3調整溶液pH范圍為_____。［當c(Mn+)≤10–6 molL–1，即認為該金屬離子沉淀完全]

（4）步驟II中加入足量NaF的目的是________。

（5）過濾出的CoC2O42H2O固體經洗滌后，證明固體已洗凈的操作為________。

（6）若某工廠用m1kg該銅鈷礦石制備了m2kgCo2O3，假設產率為a，則該礦石中鈷元素的百分含量為________。

Answer 1

【答案】2CoO(OH)+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Na2SO4+3H2O 1.9×1023 C1O3–+6Fe2++6H+=C1–+6Fe3++3H2O 3~7.6（或3≤pH<7.6） 形成MgF2、CaF2沉淀，除去溶液中的Mg2+、Ca2+ 取少量最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀產生，則證明已洗凈

【解析】

分析流程圖，將粉碎的礦石用過量的稀H2SO4和Na2SO3溶液浸泡，目的是將CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3等溶解，以提取目標元素，并把+3價Co還原為+2價，此時Fe2O3、MgO和CaO等也會溶解，鐵由+3價還原為+2價。除銅步驟除去浸出液中含銅的化合物，之后向溶液中加入NaClO2溶液，將+2價鐵氧化為+3價，再加入一定濃度的Na2CO3溶液，過濾，分離出去雜質元素鐵，再向濾液中加入足量NaF溶液，將Ca2+、Mg2+轉化為CaF2、MgF2除去。向其中的濾液中加入濃Na2CO3溶液得到CoCO3沉淀，再將該沉淀溶解在鹽酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，產生CoC2O4·2H2O沉淀，分離出沉淀，將其進行煅燒可得到Co2O3。據此分析解答。

（1）浸泡過程中為CoO(OH)與稀H2SO4、Na2SO3反應生成CoSO4的過程，根據原子守恒和電子得失守恒可得反應方程式為：2CoO(OH)+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Na2SO4+3H2O；答案為：2CoO(OH)+2H2SO4+Na2SO3=2CoSO4+Na2SO4+3H2O；

（2）用MnS“除銅”，發生反應為：MnS(s)+Cu2+(aq)CuS(s)+Mn2+(aq)，該反應的平衡常數K=。答案為：1.9×1023；

（3）①步驟I中加入NaClO3，是Fe2+與NaClO3反應，被氧化生成Fe3+，反應的離子方程式為：C1O3–+6Fe2++6H+=C1–+6Fe3++3H2O；答案為：C1O3–+6Fe2++6H+=C1–+6Fe3++3H2O；

②步驟Ⅰ中加入Na2CO3調整溶液pH值是為了除去鐵元素，根據題給信息，當c(Mn+)≤10–6 molL–1，即認為該金屬離子沉淀完全，故需調節pH≥3，即可保證Fe3+沉淀完全，同時不影響Co2+元素，需pH＜7.6，則Na2CO3調整溶液pH范圍為：3~7.6（或3≤pH<7.6）；答案為：3~7.6（或3≤pH<7.6）；

（4）步驟II中加入足量NaF，可將濾液中存在的Ca2+、Mg2+轉化為CaF2、MgF2沉淀而除去，故步驟II中加入足量NaF的目的是：形成MgF2、CaF2沉淀，除去溶液中的Mg2+ 、Ca2+；答案為：形成MgF2、CaF2沉淀，除去溶液中的Mg2+ 、Ca2+；

（5）CoC2O42H2O晶體表面附著Cl-和NH4+，為看到明顯現象應檢驗Cl-，可通過檢驗沉淀洗滌液中是否存在Cl-來判斷沉淀是否洗滌干凈，具體操作為：取少量最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸酸化的硝酸銀溶液，若無白色沉淀產生，則證明已洗凈；

（6）設鈷在該銅鈷礦石中的百分含量為x，則，即。答案為：。