题目内容

【题目】钴被誉为战略物资，有出色的性能和广泛的应用。以水钴矿 (主要成分为Co2O3、CoO、CuO、Fe2O3、CaO、MgO、NiO和SiO2等)为原料制备CoCl2·6H2O的工艺流程如图所示:

回答下列问题:

Ⅰ.“酸浸”

（1）钴的浸出率随酸浸时间、温度的变化关系如下图所示。综合考虑成本，应选择的最佳工艺条件为______、______；滤渣A的主要成分为_______。

（2）Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4，化学方程式为__________________

Ⅱ.“净化除杂”分三步完成：

（3）除铁：加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12离子方程式为__________________。

（4）除钙、镁：加入适量NaF，当Mg2+恰好完全被除去(离子浓度等于10-5mol/L)时，c(Ca2+)=__________(两位有效数字，Ksp(MgF2)=7.4×10-11，Ksp(CaF2)=1.5×10-10）

（5）除铜：加入适量Na2S2O3，发生反应2CuSO4+2Na2S2O3+2H2O=Cu2S↓+S↓+2Na2SO4+2H2SO4，该反应的还原产物为___________

Ⅲ.“萃取和反萃取”

（6）“水相C”中的主要溶质是Na2SO4和________(写化学式)。

（7）实验室称取100g原料(含钴11.80%)，反萃取时得到浓度为0.036mol/L的CoCl2溶液5L，忽略损耗，钴的产率=____(产率=产物中元素总量/原料中该元素总量×100%)。

【答案】90℃ 12h SiO2（或二氧化硅） 2Co2O3+4H2SO4（浓）4CoSO4+4H2O+O2↑ 2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+ 2.0×10－5mol/L S、Cu2S NiSO4 90%

【解析】

（1）由图像可知：最佳浸出温度为90℃，而最佳浸出时间为12h；水钴矿主要成分中SiO2在酸浸过程中不能溶解，所以滤渣A的主要成分为SiO2；

（2）根据电子守恒写出该反应的化学方程式；

（3）根据原子守恒和电荷守恒可写出反应的离子方程式为：2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+；

（4）根据c(Ca2+)/c(Mg2+)=Ksp（CaF2）/Ksp（MgF2），求出c(Ca2+)；

（5）硫酸铜中Cu元素的化合价由+2价变为+1价，化合价降低，Na2S2O3中一部分S的化合价降低，转化为S和Cu2S中的S，即还原产物是S、Cu2S；

（6）根据流程的目的以及主要成分，推出水相C中含有的主要溶质是Na2SO4和NiSO4；

（7）根据产率的公式进行计算。

（1）读图可知，升高温度，钴的浸出率逐渐增大，因此60℃时生产效率太低，90℃时的生产效率与100℃时的生产效率相差不明显，但是100℃时生产成本远远大于90℃时生产成本；因此最佳浸出温度为90℃，而最佳浸出时间为12h；水钴矿主要成分中SiO2在酸浸过程中不能溶解，所以滤渣A的主要成分为SiO2，故答案为：90℃、12h，SiO2（或二氧化硅）。

（2）Co2O3与浓硫酸反应生成CoSO4，可知Co2O3作氧化剂，化合价升高被氧化的元素为O，-2价的氧被氧化成O2，根据电子守恒写出该反应的化学方程式为：

2Co2O3+4H2SO4（浓）4CoSO4+4H2O+O2↑，故答案为：2Co2O3+4H2SO4（浓）4CoSO4+4H2O+O2↑。

（3）加入适量Na2SO4固体，析出淡黄色晶体黄钠铁矾Na2Fe6(SO4)4(OH)12，根据原子守恒和电荷守恒可写出反应的离子方程式为：2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+，故答案为：2Na++6Fe3++4SO42-+12H2ONa2Fe6(SO4)4(OH)12↓+12H+。

（4）c(Ca2+)/c(Mg2+)=[c(Ca2+)c2(F－)]/[c(Mg2+)c2(F－)]=Ksp（CaF2）/Ksp（MgF2）=(1.5×10－10)/(7.40×10－11)，c(Mg2+)=10-5mol/L代入公式，求出c(Ca2+)=2.0×10－5mol/L，故答案为：2.0×10－5mol/L。

（5）还原产物是氧化剂被还原得出的物质，根据化学反应方程式，硫酸铜中Cu元素的化合价由+2价变为+1价，化合价降低，Na2S2O3中一部分S的化合价降低，转化为S和Cu2S中的S，即还原产物是S、Cu2S，故答案为：S、Cu2S。

（6）根据流程的目的以及主要成分，推出水相C中含有的主要溶质是Na2SO4和NiSO4，故答案为：NiSO4。

（7）根据产率的公式，得出钴的产率为0.036mol/L×5L×59g/mol/（100g×11.80%）×100%=90%，故答案为：90%。

练习册系列答案
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①SO2做___________(填“氧化剂”或“还原剂”)。

②写出反应I的化学方程式：__________________________。

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A. P－P键的键能大于P－Cl键的键能

B. 可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH

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醋酸

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2.98×10-8

Ka1=4.3×10-7

Ka2=5.61×10-11

Ka1=1.54×10-7

Ka2=1.02×10-7

下列离子方程式正确的是

A. 少量的CO2通入NaClO溶液中:CO2+H2O+2C1O-==CO32-+2HClO

B. 少量的SO2通入Na2CO3溶液中:SO2+H2O+2CO32-==SO32-+2HCO3-

C. 少量的SO2通入Ca(ClO)2溶液中:SO2+H2O+Ca2++2ClO-==CaSO3↓+2HClO

D. 相同浓度的NaHCO3溶液与NaHSO3溶液等体积混合:H++HCO3-==CO2↑+H2O

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