Question

【题目】草酸钴可用于指示剂和催化剂的制备。用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O4·2H2O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+、Ca2+、Mg2+、Al3+等；

②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Co(OH)2	Fe(OH)2	Mn(OH)2
完全沉淀的pH	3.7	5.2	9.2	9.6	9.8

(1)CoC2O4·2H2O中C的化合价是____________________________。

(2)写出浸出过程中Na2SO3与Co2O3发生反应的离子方程式：______________。

(3)浸出液中加入NaClO3的目的是____________________________。

(4)加Na2CO3能使浸出液中某些金属离子转化成氢氧化物沉淀，沉淀除Al(OH)3外，还有的成分是______________(填化学式)，试用离子方程式和必要的文字简述其原理：____________________________。

(5)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图，萃取剂的作用是______________；其使用的适宜pH范围是______________。

A. 2.02.5

B. 3.03.5

C. 4.04.5

(6)滤液I“除钙、镁”是将其转化为MgF2、CaF2沉淀。己知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+) =______________。

(7)用m1kg水钴矿(含Co2O360%)制备CoC2O4·2H2O，最终得到产品m2kg，产率(实际产量/理论产量×100%)为____________________________。(已知：M(Co2O3)=166， M(CoC2O4·2H2O)=183，仅需列出数字计算式)。

Answer 1

【答案】+3 SO32-+ Co2O3+4H+=2Co2++SO42-+2H2O 将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+ Fe(OH)3 Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，加入的碳酸钠(或CO32-)与H+反应，c(H+)降低，从而促进水解平衡向右移动 除去溶液中的Mn2+ B 0.7 ×100%

【解析】

用水钴矿(主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等)制取CoC2O42H2O，水钴矿中加入盐酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，信息①中浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，则加入的Na2SO3将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+；工艺流程最终得到草酸钴，加入NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+，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、MnCl2、MgCl2、CaCl2，用NaF溶液除去钙、镁，过滤后，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl2，加入草酸铵溶液得到草酸钴，最后再经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤并洗涤得到CoC2O4·2H2O，据此解答。

(1)CoC2O4·2H2O中Co为+2价，O为-2价，根据各元素正、负化合价代数和为0，计算得元素C的化合价是+3价；

(2) 加入的Na2SO3主要Co3+还原为Co2+，发生反应的离子方程式为：Co2O3+4H++SO32-═2Co2++SO42-+2H2O；

(3)浸出液中加入NaClO3的目的是加入 NaClO3发生可以将溶液中Fe2+氧化，进而调节pH除去Fe3+；

(4) 加Na2CO3调节溶液pH=5.2，能使Fe3+、Al3+ 离子转化成Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，原因是：因Fe3+和Al3+水溶液中存在水解平衡Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+、Al3++3H2OAl(OH)3+3H+，加入碳酸钠后CO32-与H+结合生成难电离的HCO3-，使水解平衡右移而产生沉淀；

(5) 根据流程图可知，过滤后所得滤液主要含有CoCl2、MnCl2，此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子，加入萃取剂目的是除去Mn2+，则选取的萃取剂不与水互溶，不与水、Co2+反应，相同条件下杂质离子在萃取剂中溶解度大而Co2+在萃取剂中溶解度小；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B正确，故答案为B。

(6) 当加入过量NaF后，所得滤液====0.7；

(7) m1kg水钴矿中含Co23的物质的量为，则CoC2O4·2H2O的理论产量为×2×183g/mol，则产率为×100%=×100%。