Question

9．草酸钴用途广泛，可用于指示剂和催化剂的制备．一种利用水钴矿制取草酸钴晶体（CoC₂O₄?2H₂O）工艺流程如图1：

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	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 离子方程式为2Co³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Co²⁺+SO₄^2-+2H⁺
（2）NaClO₃的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺； 调PH至5.2，沉淀的主要成分为Al（OH）₃、Fe（OH）₃
（3）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2所示．滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去Mn²⁺；使用萃取剂适宜的pH是B
A．接近2.0          B．接近3.0         C．接近5.0
（4）除钙、镁是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为MgF₂、CaF₂沉淀，已知K_sp（MgF₂）=7.35×10^-11、K_sp（CaF₂）=1.05×10^-10．当加入过量NaF后，所得滤液c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=0.7．
（5）已知含钴废料中含Co₂O₃质量分数为a%，若取mkg该含钴废料按照上述流程，理论上最多能制得草酸钴晶体的质量为$\frac{1830ma}{83}$或16.6mag．

Answer 1

分析 水钴矿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，据此分析作答．

解答 解：（1）亚硫酸钠具有还原性，能还原氧化性离子Co³⁺，反应为：2Co³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Co²⁺+SO₄^2-+2H⁺；
故答案为：2Co³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Co²⁺+SO₄^2-+2H⁺；
（2）NaClO₃的作用是：将浸出液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加Na₂CO₃调PH=5.2能使Fe³⁺、Al³⁺ 离子转化成氢氧化物沉淀Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
故答案为：将 Fe²⁺氧化为 Fe³⁺；Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（3）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：除去Mn²⁺；B；
（4）由溶度积可知，滤液Ⅰ“除钙、镁”是将溶液中Ca²⁺与Mg²⁺转化为CaF₂、MgF₂沉淀，根据溶度积可知c（Mg²⁺）：c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7；
故答案为：0.7；
（5）mkg含钴废料中含Co₂O₃质量分数为a%，则钴元素的物质的量为$\frac{m×a%×1{0}^{-3}×2}{166}$mol，钴元素质量守恒则，草酸钴晶体（CoC₂O₄?2H₂O）的质量为$\frac{m×a%×1{0}^{-3}×2}{166}$mol×183g/mol=$\frac{1830ma}{83}$g=16.6ma；
故答案为：$\frac{1830ma}{83}$或16.6ma．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及溶度积常数计算、沉淀与pH的关系、盐类水解、氧化还原反应等知识点，明确实验原理是解本题关键，知道涉及的操作方法及发生的反应，难点是溶度积常数计算，题目难度中等．