Question

【題目】工業上以水鈷礦（主要成分為Co2O3，還含Fe、A1、Mg、Ca、Si等元素）制備鈷的氧化物，工藝如圖所示。回答下列問題：

相關金屬離子[co(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

（1）水鈷礦中的Fe、A1、Mg、Ca元素的存在形態為___（填“游離態”或“化合態”）。

（2）“酸溶”中Co2O3反應的離子方程式是___，濾渣1的成分可能是___。

（3）“氧化”中加Co2O3的作用是___。

（4）“調pH”為4.7-6之間，則濾渣2為___。

（5）已知Ksp(CaF2)=5.3×10-9，Ksp(MgF2)=5.2×10-12，“除雜”是為了除去Ca2+和Mg2+，此時先析出的沉淀是___（填化學式），過程中最大值為___（列出算式即可）。

（6）實驗室擬在空氣中煅燒CoC2O4以探究其產物。實驗時將13.23gCoC2O4放入___（填儀器名稱）中，測得生成鈷的某種氧化物7.23g和氣體CO2。據此預測：該氧化物中Co化合價的可能情況是___，真實情況有待進一步查證。

Answer 1

【答案】化合態 Co2O3+ SO32-+4H+=2Co2++ SO42-+2 H2O SiO2 將Fe2+氧化為Fe3+ Fe（OH）3、Al（OH）3 MgF2 坩堝 +2和+3，+2和+4

【解析】

根據流程：Co2O3與硫化錳礦（還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）在硫酸中酸浸，Na2SO3把三價鈷還原成二價鈷，SiO2不溶于硫酸，過濾，濾渣1含有SiO2，濾液含有Co2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+，加入Co2O3將Fe2+氧化為Fe3+，加入氨水調節pH4.7～6之間，除去Fe3+、Al3+，濾渣2為Fe（OH）3、Al（OH）3，加入CoF2生成MgF2沉淀除去Mg2+和Ca2+，濾渣3為MgF2和CaF2，濾液主要含有Co2+，加入(NH4)2C2O4生成CoC2O4，煅燒CoC2O4得到含Co氧化物。

（1）水鈷礦是固體，Fe、A1、Mg、Ca元素的存在形態只能是化合態；

（2）Co2O3在硫酸中酸浸，Na2SO3把三價鈷還原成二價鈷，離子方程式為：Co2O3+ SO32-+4H+=2Co2++ SO42-+2 H2O；SiO2不溶于硫酸，過濾，濾渣1含有SiO2；

（3）“氧化中”加入Co2O3是為了將Fe2+氧化為Fe3+，加入氨水調節pH4.7～6之間，除去Fe3+；

（4）濾液含有Co2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+，加入Co2O3將Fe2+氧化為Fe3+，加入氨水調節pH4.7～6之間，除去Fe3+、Al3+，濾渣2為Fe（OH）3、Al（OH）3；

（5）“除雜”是為了除去Ca2+和Mg2+，先生成溶解度較小的沉淀，故先生成MgF2；當Mg2+剛好完全沉淀時，的值最大，此時Ksp（MgF2）=c（Mg2+）·c2（F-）=5.210-12，c（Mg2+）=1.0×10-5mol/L，c2（F-）=5.2×10-7；Ksp（CaF2）=c（Ca2+）·c2（F-）=5.3×10-9，c（Ca2+）=5.3×10-9÷（5.210-7），此時溶液中c（Ca2+）最大，則==；

（6）煅燒CoC2O4需要在坩堝中進行，13.23gCoC2O4的物質的量n= =0.09mol，氧元素質量為：0.09mol ×4×16g/mol=5.76g，設鈷的氧化物的化學式為CoxOy，生成0.18molCO2，二氧化碳中氧元素質量為：0.36mol×16g/mol=5.76g，由質量守恒可知煅燒CoC2O4的過程消耗氧氣的質量為0.18×44g+7.23g-13.23g=1.92g，消耗氧氣的物質的量為=0.06mol，煅燒方程式為：9CoC2O4+6O2=CoxOy+18 CO2，則x=9，y=12，因此鈷的氧化物的化學式為Co9O12，由化合價代數和為0可知，Co的平均價態為2.67，則Co9O12中Co的最高價要大于2.67，最低價要小于2.67，所以Co的價態可能是+2和+3，+2和+4；