Question

【题目】工业上以水钴矿（主要成分为Co2O3，还含Fe、A1、Mg、Ca、Si等元素）制备钴的氧化物，工艺如图所示。回答下列问题：

相关金属离子[co(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

（1）水钴矿中的Fe、A1、Mg、Ca元素的存在形态为___（填“游离态”或“化合态”）。

（2）“酸溶”中Co2O3反应的离子方程式是___，滤渣1的成分可能是___。

（3）“氧化”中加Co2O3的作用是___。

（4）“调pH”为4.7-6之间，则滤渣2为___。

（5）已知Ksp(CaF2)=5.3×10-9，Ksp(MgF2)=5.2×10-12，“除杂”是为了除去Ca2+和Mg2+，此时先析出的沉淀是___（填化学式），过程中最大值为___（列出算式即可）。

（6）实验室拟在空气中煅烧CoC2O4以探究其产物。实验时将13.23gCoC2O4放入___（填仪器名称）中，测得生成钴的某种氧化物7.23g和气体CO2。据此预测：该氧化物中Co化合价的可能情况是___，真实情况有待进一步查证。

Answer 1

【答案】化合态 Co2O3+ SO32-+4H+=2Co2++ SO42-+2 H2O SiO2 将Fe2+氧化为Fe3+ Fe（OH）3、Al（OH）3 MgF2 坩埚 +2和+3，+2和+4

【解析】

根据流程：Co2O3与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）在硫酸中酸浸，Na2SO3把三价钴还原成二价钴，SiO2不溶于硫酸，过滤，滤渣1含有SiO2，滤液含有Co2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+，加入Co2O3将Fe2+氧化为Fe3+，加入氨水调节pH4.7～6之间，除去Fe3+、Al3+，滤渣2为Fe（OH）3、Al（OH）3，加入CoF2生成MgF2沉淀除去Mg2+和Ca2+，滤渣3为MgF2和CaF2，滤液主要含有Co2+，加入(NH4)2C2O4生成CoC2O4，煅烧CoC2O4得到含Co氧化物。

（1）水钴矿是固体，Fe、A1、Mg、Ca元素的存在形态只能是化合态；

（2）Co2O3在硫酸中酸浸，Na2SO3把三价钴还原成二价钴，离子方程式为：Co2O3+ SO32-+4H+=2Co2++ SO42-+2 H2O；SiO2不溶于硫酸，过滤，滤渣1含有SiO2；

（3）“氧化中”加入Co2O3是为了将Fe2+氧化为Fe3+，加入氨水调节pH4.7～6之间，除去Fe3+；

（4）滤液含有Co2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+，加入Co2O3将Fe2+氧化为Fe3+，加入氨水调节pH4.7～6之间，除去Fe3+、Al3+，滤渣2为Fe（OH）3、Al（OH）3；

（5）“除杂”是为了除去Ca2+和Mg2+，先生成溶解度较小的沉淀，故先生成MgF2；当Mg2+刚好完全沉淀时，的值最大，此时Ksp（MgF2）=c（Mg2+）·c2（F-）=5.210-12，c（Mg2+）=1.0×10-5mol/L，c2（F-）=5.2×10-7；Ksp（CaF2）=c（Ca2+）·c2（F-）=5.3×10-9，c（Ca2+）=5.3×10-9÷（5.210-7），此时溶液中c（Ca2+）最大，则==；

（6）煅烧CoC2O4需要在坩埚中进行，13.23gCoC2O4的物质的量n= =0.09mol，氧元素质量为：0.09mol ×4×16g/mol=5.76g，设钴的氧化物的化学式为CoxOy，生成0.18molCO2，二氧化碳中氧元素质量为：0.36mol×16g/mol=5.76g，由质量守恒可知煅烧CoC2O4的过程消耗氧气的质量为0.18×44g+7.23g-13.23g=1.92g，消耗氧气的物质的量为=0.06mol，煅烧方程式为：9CoC2O4+6O2=CoxOy+18 CO2，则x=9，y=12，因此钴的氧化物的化学式为Co9O12，由化合价代数和为0可知，Co的平均价态为2.67，则Co9O12中Co的最高价要大于2.67，最低价要小于2.67，所以Co的价态可能是+2和+3，+2和+4；