题目内容
【题目】草酸钴(CoOC2O3)用途广泛,一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、MnO、CaO等]制取CoC2O4·2H2O的工艺流程如下:
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、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)3 | Fe(OH)2 | Co(OH)2 | Al(OH)3 | Mn(OH)2 |
完全沉淀的pH | 3.7 | 9.6 | 9.2 | 5.2 | 9.8 |
(1)浸出过程中加入Na2SO3的作用是将__________还原(填离子符号),该步反应的离子方程式为_________。
(2)NaClO3的作用是将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+ ,氯元素被还原为最低价。该反应的离子方程式为_______________。
(3)加Na2CO3能使浸出液中Fe3+、Al3+转化成氢氧化物沉淀的原因是(用离子方程式表示,写出其中一个即可)_____________。
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如右图所示。使用萃取剂适宜的pH=________(填序号)左右。
A.2.0 B.3.0 C.4.0
(5)滤液I“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c(Mg2+)/c(Ca2+)=_____。
【答案】 Fe3+、Co3+ SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+或SO32-+2Co3++H2O=SO42-+2Co2++2H+ ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O 2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑或2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑ B 0.7
【解析】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Fe3+、Co3+,所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原,反应的离子方程式为SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+或SO32-+2Co3++H2O=SO42-+2Co2++2H+,故答案为:Fe3+、Co3+;SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe2++2H+或SO32-+2Co3++H2O=SO42-+2Co2++2H+;
(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,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,2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑或2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑,故答案为:2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑或2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑;
(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:B;
(5)当加入过量NaF后,所得滤液===0.7,故答案为:0.7。
【题目】某小组同学利用下列实验探究金属铝与不同铜盐溶液的反应:
实验 | 实验方案 | 现象 |
1 | 向5mLlmol/LCuSO4溶液中加入用砂纸打磨过的铝片 | 铝片表面无明显现象,20min后铝片表面有极少气泡,且有很少量红色物质生成 |
2 | 向5mLlmol/LCuCl2溶液中加入用砂纸打磨过的铝片 | 铝片表面有气泡产生,同时有红色物质析出,1min后反应进一步加快,放出大量的热,有少量黑色固体生成。一段时间后烧杯底部出现白色沉淀 |
(1)打磨铝片的目的是_____________________________。
(2)实验中出现的红色物质是_______________________________。
(3)实验2中“1min后反应进一步加快”的原因是________________________________。
(4)经检验实验1、2中产生的无色气体是H2,黑色固体为CuO,试用离子方程式解释H2产生的原因__________________________,用文字简述黑色固体产生的原因____________________________。
(5)依据上述实验1、2现象推测并判断,用砂纸打磨后的铝片分别与H+浓度均为0.2molL-1的盐酸和硫酸反应,反应速率:前者比后者____________(填“快”或“慢”)
(6)经证明实验2 中白色沉淀的化学成分为CuCl。某同学猜测可能是Cu与CuCl2溶液反应生成了CuCl,因为Cu具有________性。依据猜测他进行了如下实验:取Cu粉与适量1mol/LCuCl2溶液混合,一段时间后观察无白色沉淀产生。该同学再次分析Al 与CuCl2溶液反应的实验现象,改进实验方案,证明了Cu与CuCl2溶液反应生成了CuCl,他的改进方法为__________________。