题目内容

10.草酸钴用途广泛,可用于指示剂和催化剂制备.一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等]制取CoC2O4•2H2O工艺流程如图1:
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物Fe(OH)3Fe(OH)2Co(OH)2Al(OH)3Mn(OH)2
完全沉淀的pH3.79.69.25.29.8
(1)浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原(填离子符号).
(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,产物中氯元素处于最低化合价.该反应的离子方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O.
(3)请用平衡移动原理分析加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀的原因:R3++3H2O?R(OH)3+3H+,加入碳酸钠后,H+与CO32-反应,使水解平衡右移,从而产生沉淀.
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2所示.
滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去Mn2+;使用萃取剂适宜的pH是B.
A.2.0~2.5   B.3.0~3.5   C.4.0~4.5    D.5.0~5.5
(5)“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀.已知Ksp(MgF2)=7.35×10-11、Ksp(CaF2)=1.05×10-10.当加入过量NaF后,所得滤液$\frac{c(M{g}^{2+})}{c(C{a}^{2+})}$=0.7.

分析 含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠,可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2,加入NaClO3,可得到FeCl3,然后加入Na2CO3调pH至5.2,可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤后所得滤液主要含有CoCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2,向溶液中加入NaF溶液,除去钙镁离子,然后过滤得到的滤液中II中加入萃取剂,萃取后溶液加入草酸铵,得到草酸钴,
(1)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子;
(2)NaClO3具有氧化性,能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原生成氯离子,同时生成水;
(3)Fe3+、Al3+水解导致溶液呈酸性,碳酸根离子和氢离子反应,从而促进水解平衡向右移动;
(4)滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去锰离子;根据图知,调节溶液PH在3.0~3.5之间,可使Mn2+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀;
(5)当加入过量NaF后,所得滤液$\frac{c(M{g}^{2+})}{c(C{a}^{2+})}$=$\frac{\frac{{K}_{sp}(Mg{F}_{2})}{c({F}^{-})^{2}}}{\frac{{K}_{sp}(Ca{F}_{2})}{c({F}^{-})^{2}}}$=$\frac{{K}_{sp}(Mg{F}_{2})}{{K}_{sp}(Ca{F}_{2})}$.

解答 解:含钴废料中加入盐酸和亚硫酸钠,可得CoCl2、AlCl3、FeCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2,加入NaClO3,可得到FeCl3,然后加入Na2CO3调pH至5.2,可得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤后所得滤液主要含有CoCl2、MgCl2、CaCl2、MnCl2,向溶液中加入NaF溶液,除去钙镁离子,然后过滤得到的滤液中II中加入萃取剂,萃取后溶液加入草酸铵,得到草酸钴,
(1)亚硫酸钠具有还原性,能还原氧化性离子Fe3+、Co3+,所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原,故答案为:Fe3+、Co3+
(2)NaClO3具有氧化性,能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+,自身被还原生成氯离子,同时生成水,离子反应方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O,
故答案为:ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O;
(3)Fe3+、Al3+水解导致溶液呈酸性,水解方程式为R3++3H2O?R(OH)3+3H+,碳酸根离子和氢离子反应,从而促进水解平衡向右移动,产生氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,
故答案为:R3++3H2O?R(OH)3+3H+,加入碳酸钠后,H+与CO32-反应,使水解平衡右移,从而产生沉淀;
(4)根据流程图可知,此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子;
由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知,调节溶液PH在3.0~3.5之间,可使Mn2+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀,
故答案为:除去溶液中的Mn2+;B;
(5)当加入过量NaF后,所得滤液$\frac{c(M{g}^{2+})}{c(C{a}^{2+})}$=$\frac{\frac{{K}_{sp}(Mg{F}_{2})}{c({F}^{-})^{2}}}{\frac{{K}_{sp}(Ca{F}_{2})}{c({F}^{-})^{2}}}$=$\frac{{K}_{sp}(Mg{F}_{2})}{{K}_{sp}(Ca{F}_{2})}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7,故答案为:0.7.

点评 本题考查物质分离和提纯,为高频考点,涉及溶度积常数计算、沉淀与pH的关系、盐类水解、氧化还原反应等知识点,明确实验原理是解本题关键,知道涉及的操作方法及发生的反应,难点是溶度积常数计算,题目难度中等.

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