Question

【题目】某铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等。由该矿石制备Co2O3的部分工艺过程如下：

I．将粉碎的矿石用过量的稀H2SO4和Na2SO3溶液浸泡，过滤，分离除去沉淀a。

II．浸出液除去含铜的化合物后，向溶液中先加入NaClO3溶液，再加入一定浓度的Na2CO3溶液，过滤，分离除去沉淀b[主要成分是Na2Fe6(SO4)4(OH)12]。

III．向上述滤液中加入足量NaF溶液，过滤，分离除去沉淀c。

IV．III中滤液加入浓Na2CO3溶液，获得CoCO3沉淀。

V．将CoCO3溶解在盐酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，产生 CoC2O4·2H2O沉淀。分离出沉淀，将其在400℃~600℃ 煅烧，即得到Co2O3。

请回答：

（1）I 中，沉淀a的成分是_____，稀硫酸溶解CoCO3的化学方程式是_____， 加入Na2SO3溶液的主要作用是_________。

（2）根据图1、图2

①矿石粉末浸泡的适宜条件应是：温度_____、pH_____。

②图2中铜、钴浸出率下降的可能原因是_____。

（3）II中，浸出液中的金属离子与NaClO3反应的离子方程式：ClO+_____+_____== Cl- +_____+ _____

（4）I中，检验铁元素完全除去的试剂是_____，实验现象是_____。

（5）I中，沉淀c的成分是CaF2、_____（填化学式）。

（6）V中，加入Na2CO3的作用是_____。

（7）V中，分离出纯净的CoC2O4·2H2O的操作是_____。

Answer 1

【答案】SiO2 CoCO3+H2SO4═CoSO4+CO2↑+H2O 将Co3+和Fe3+分别还原为Co2+及Fe2+（或作还原剂） 65℃-75℃ 0.5-1.5 pH升高后溶液中c（H+）浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2(OH)2CO3的能力下降 6Fe2+ 6H+ 6Fe3+ 3H2O KSCN溶液 溶液不变红色 MgF2 调节溶液的pH富集Co2+（生成CoCO3沉淀） 过滤、洗涤

【解析】

（1）铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等杂质中只有SiO2不与硫酸反应，得出沉淀a的成分；CoCO3和H2SO4反应生成CoSO4、CO2和H2O，据此书写化学方程式；Na2SO3中的S元素为+4价，具有较强还原性，加Na2SO3将CoO(OH)、Fe2O3中的Co3+和Fe3+还原为Co2+及Fe2+；

（2）①根据图1、图2分析钴、铜的浸出率最高的温度和pH；

②图2中pH逐渐增大时，H+的含量减少，故因反应量减少而浸出率降低；

（3）由Ⅳ可知，Co为+2价，价态并未升高，被氧化的是Fe2+；结合化合价升降相等配平该反应的离子方程式；

（4）检验铁是否除尽，只需检验滤液中是否有Fe3+即可；铁元素完全除去，加入KSCN溶液不变红；

（5）由题可知，杂质离子除之外Ca2+，还有Mg2+，据此判断另一沉淀；

（6）由Ⅱ知加入Na2CO3 溶液，通过水解提供OH-；由Ⅳ知加入Na2CO3溶液，提供；

（7）通过过滤、洗涤操作从溶液分离出纯净的沉淀。

（1）铜钴矿石主要含有CoOOH、CoCO3、Cu2(OH)2CO3和SiO2，其中还含有一定量的Fe2O3、MgO和CaO等杂质中只有SiO2不与硫酸反应，得出沉淀a的成分为SiO2，碳酸盐与稀硫酸的反应，稀硫酸溶解CoCO3的化学方程式是：CoCO3+H2SO4= CoSO4+CO2↑+H2O；

因为Na2SO3中的S元素为+4价，且Ⅱ中加入NaClO3氧化出Fe3+，加Na2SO3将CoO（OH）、Fe2O3中的Co3+和Fe3+还原为Co2+及Fe2+，Na2SO3作还原剂。故答案为：SiO2；CoCO3+H2SO4= CoSO4+CO2↑+H2O；将Co3+和Fe3+分别还原为Co2+及Fe2+（或作还原剂）；

（2）①根据图1、图2分析，温度在65℃-75℃时，钴、铜的浸出率最高，且之后铜的浸出率变化不大，钴的浸出率有下降趋势。在图2中pH：0.5-1.5铜、钴的浸出率最高，pH＞1.5，铜、钴的浸出率开始下降，故答案为：65℃-75℃；pH：0.5-1.5；

②图2是pH变化对铜、钴浸出率的影响，浸出过程中是利用H+和CoO(OH)、CoCO3、

Cu2（OH）2CO3中的OH-和反应，使得Co3+和Co2+溶解在溶液中，当pH逐渐增大时，H+的含量减少，故因反应量减少而浸出率降低，故答案为：pH升高后溶液中c（H+）浓度下降，使得溶解CoO(OH)、CoCO3、Cu2（OH）2CO3的能力下降；

（3）由Ⅳ可知，Co为+2价，价态并未升高，被氧化的是Fe2+，由化合价升降相等配平离子方程式为：，故答案为：6Fe2+；6H+；6Fe3+；3H2O；

（4）检验铁是否除尽，只需检验滤液中是否有Fe3+，所以加入KSCN溶液，溶液是否变红即可，故答案为：KSCN溶液；溶液不变红色；

（5）由题可知，杂质离子除Ca2+之外，还有Mg2+，故另一沉淀为MgF2，故答案为：MgF2；

（6）由Ⅱ知，Fe3+形成沉淀b需要OH-，故加入Na2CO3 溶液，通过水解提供OH-；由Ⅳ知，要形成CoCO3 沉淀，需要加入Na2CO3 溶液，提供，故答案为：调节溶液的pH；富集Co2+（生成CoCO3沉淀）；

（7）将CoCO3溶解在盐酸中，再加入(NH4)2C2O4溶液，产生CoC2O42H2O沉淀，由溶液分离出纯净的沉淀，操作应为过滤、洗涤，故答案为：过滤、洗涤。