题目内容

5．钴是重要的战略金属元素，钴及其化合物在化工、机械、航空和军事等部门具有广泛的应用．以水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、Al2O3、MnO、MgO、CaO等杂质）制取CoC2O4的工艺流程如图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
回答下列问题：
（1）浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+（填离子符号）还原．
（2）向浸出液中加入NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+，反应的离子方程式为ClO3-+6Fe2++6H+═6Fe3++Cl-+3H2O．
（3）浸出液中加Na2CO3调pH至5.2时生成的沉淀为Fe（OH）3 Al（OH）3（填化学式），能够生成此沉淀的原因是铝离子、铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成沉淀和二氧化碳，反应的离子方程式为：2Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2、2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑，从而产生沉淀（用离子方程式结合必要的文字说明）．
（4）“除钙、镁”是将溶液中Ca2+与Mg2+转化为MgF2、CaF2沉淀．
已知Ksp（ MgF2）=7.35×10-ll、Ksp（ CaF2）=1.05×10-10，当加入过量NaF后，所得滤液中$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=0.7
（5）滤液Ⅱ中加入萃取剂的作用是除去Mn2+，萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图2所示．使用萃取剂适宜的pH是b（填字母）．
a．接近2.0
b．接近3.0
c．接近4.0．

分析 含钴废料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．
（1）亚硫酸钠具有还原性，能还原氧化性离子，浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原；
（2）NaClO3具有氧化性，能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原生成氯离子，同时生成水；
（3）根据铝离子、铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成沉淀和二氧化碳进行解答；
（4）当加入过量NaF后，所得滤液$\frac{C（M{g}^{2+}）}{C（C{a}^{2+}）}$=$\frac{\frac{{K}_{SP}（Mg{F}_{2}）}{{C}^{2}（{F}^{-}）}}{\frac{{K}_{SP}（Ca{F}_{2}）}{{C}^{2}（{F}^{-}）}}$=$\frac{{K}_{SP}（{M}_{g}{F}_{2}）}{{K}_{SP}（Ca{F}_{2}）}$；
（5）由表中数据可知，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．

解答 解：（1）亚硫酸钠具有还原性，能还原氧化性离子Fe3+、Co3+，所以浸出过程中加入Na2SO3的目的是将Fe3+、Co3+还原，
故答案为：Fe3+、Co3+；
（2）NaClO3具有氧化性，能将浸出液中的Fe2+氧化成Fe3+，自身被还原生成氯离子，同时生成水，离子反应方程式为ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O，
故答案为：ClO3-+6Fe2++6H+=6Fe3++Cl-+3H2O；
（3）铁离子和铝离子都能水解，Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+，Al3++3H2O?Al（OH）3+3H+，加Na2CO3调pH至5.2，铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳，水解的离子方程式为：2Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2↑；铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁和二氧化碳，水解的离子方程式为：2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑，从而产生沉淀，
故答案为：Fe（OH）3、Al（OH）3； 铝离子、铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成沉淀和二氧化碳，反应的离子方程式为：2Al3++3CO32-+3H2O=2Al（OH）3↓+3CO2、2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe（OH）3↓+3CO2↑，从而产生沉淀；

（4）当加入过量NaF后，所得滤液$\frac{C（M{g}^{2+}）}{C（C{a}^{2+}）}$=$\frac{\frac{{K}_{SP}（Mg{F}_{2}）}{{C}^{2}（{F}^{-}）}}{\frac{{K}_{SP}（Ca{F}_{2}）}{{C}^{2}（{F}^{-}）}}$=$\frac{{K}_{SP}（{M}_{g}{F}_{2}）}{{K}_{SP}（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.35×1{0}^{-11}}{1.05×1{0}^{-10}}$=0.7，
故答案为：0.7；
（5）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．

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．

练习册系列答案
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