Question

15．电子级钴氧化物用于半导体工业和电子陶瓷等领域，是一种纯度很高的氧化物，其工业制取流程如下：
（1）滤渣A的成分除过量的Co的磷酸盐和Fe（OH）₃外还有Si（填化学式）．
（2）加入CO₃（PO₄）₂的目的是调节溶液pH，保证Co²⁺不沉淀，而使铁离子全部沉淀．
（3）Co与稀硝酸反应生成 Co²⁺的离子方程式为：3Co+8H⁺+2NO₃^-═3Co²⁺+4H₂O+2NO↑．
（4）滤渣B经过反复洗涤、干燥后，进行灼烧，其热重分析图如图1，写出C点物质的化学式：Co₃O₄

（5）上述制备过程中采用草酸盐作为沉淀剂，由于生产成本较高，某科研小组研究从钴渣酸浸液（主要成分为CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、Al₂（SO₄）₃）出发，以碳铵（NH₄HCO₃）代替草酸盐作沉淀剂，并由此制备氧化钴．请结合相关信息，补充完整实验步骤．
已知：a．金属离子生成氢氧化物沉淀pH如下表（开始沉淀pH按金属离子1mol/L计算）

	开始沉淀的pH	完全溶解的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Co2+	7.2	9.2

b．CoSO₄与NH₄HCO₃反应时，母液中钴离子含量与溶液pH关系图如图2，
由钴渣酸浸液制备氧化钴的实验步骤依次为：
①往钴渣酸浸液中滴加NaOH溶液，调节溶液pHpH（5.0，7.2），使Fe³⁺、Al³⁺沉淀完全；
②过滤；③配制一定浓度的碳铵溶液，缓慢加入到滤液中，搅拌，控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，过滤；
④将蒸馏水加热至70℃以上，洗涤CoCO₃沉淀3次，干燥；
⑤400℃焙烧3h，得产品氧化钴．

Answer 1

分析 工业级Co加入稀硝酸和磷酸钴，得到滤渣A含有CoSO₄、Fe（OH）₃、Si，滤液B含有Co²⁺，加入草酸铵生成CoC₂O₄，经洗涤、干燥、灼烧得到氧化钴，
（1）硅和硝酸不反应；
（2）铁离子以水解，加入Co₃（PO₄）₂可调节溶液pH，使铁离子全部沉淀；
（3）Co和硝酸发生氧化还原反应；
（4）A为CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，C点氧化物的质量为8.03g，则n（O）=$\frac{8.03g-5.9g}{16g/mol}$=1.33，以此计算；
（5）由表中数据可知，应先加入氢氧化钠除去Fe³⁺、Al³⁺，可调节pH5.0～7.2之间，然后过滤，在滤液中加入一定浓度的碳铵溶液，控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，过滤，将蒸馏水加热至70℃以上，洗涤CoCO₃沉淀3次，干燥；最后加热400℃焙烧3h，得产品氧化钴．

解答 解：工业级Co加入稀硝酸和磷酸钴，得到滤渣A含有CoSO₄、Fe（OH）₃、Si，滤液B含有Co²⁺，加入草酸铵生成CoC₂O₄，经洗涤、干燥、灼烧得到氧化钴，
（1）硅和硝酸不反应，滤渣A含有CoSO₄、Fe（OH）₃、Si，
故答案为：Si；
（2）铁离子以水解，加入Co₃（PO₄）₂可调节溶液pH，保证Co²⁺不沉淀，而使铁离子全部沉淀，
故答案为：调节溶液pH，保证Co²⁺不沉淀，而使铁离子全部沉淀；
（3）Co和硝酸发生氧化还原反应，反应的离子方程式为3Co+8H⁺+2NO₃^-═3Co²⁺+4H₂O+2NO↑，
故答案为：3Co+8H⁺+2NO₃^-═3Co²⁺+4H₂O+2NO↑；
（4）A为CoC₂O₄，n（CoC₂O₄）=$\frac{14.7g}{147g/mol}$=0.1mol，m（Co）=0.1mol×59g/mol=5.9g，C点氧化物的质量为8.03g，则n（O）=$\frac{8.03g-5.9g}{16g/mol}$=1.33，则化学式为Co₃O₄，
故答案为：Co₃O₄；
（5）由表中数据可知，应先加入氢氧化钠除去Fe³⁺、Al³⁺，可调节pH5.0～7.2之间，然后过滤，在滤液中加入一定浓度的碳铵溶液，控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，过滤，将蒸馏水加热至70℃以上，洗涤CoCO₃沉淀3次，干燥；最后加热400℃焙烧3h，得产品氧化钴，
故答案为：①pH（5.0，7.2），Fe³⁺、Al³⁺；③控制pH至7.0左右，使Co²⁺沉淀完全，过滤．

点评 本题考查了物质提纯和分离的工业制备流程分析判断，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，把握实验过程的分析应用，主要是物质性质的理解应用，题目难度较大．