Question

6．近日，一家中国企业并购了刚果（金）大型铜钴矿．据媒体分析，中国是钴消费大国，但钴资源贫乏，为获取钴资源是此次收购的重要原因．钴是制造锂电池不可或缺的原料，硫酸钴晶体可用于制造碱性电池、生产含钴颜料和其它钴产品．利用钴渣[含Co（OH）₃、Fe（OH）₃]制备硫酸钴晶体（CoSO₄•7H₂O）的工艺流程如图1：

已知：有关物质的溶解度随温度变化关系如图2：
（1）均速向钴渣和稀硫酸的化合物中通入SO₂，使Co（OH）₃、Fe（OH）₃被充分浸取，其中浸取Co（OH）₃的离子方程式为2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2 Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；
（2）除铁过程中，若选用氧化性更强的NaClO除铁，可能造成的后果是氧化性过强会使Co²⁺被氧化．
（3）滤渣Ⅱ的成分为Fe（OH）₃；
（4）过滤Ⅱ得到的滤液经过蒸发浓缩、趁热过滤、冷却到40℃结晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗产品．冷却到40℃结晶的原因是防止析出硫酸钠晶体．

Answer 1

分析 钴渣在稀硫酸溶液中酸浸且通入二氧化硫气体，酸性条件下Co（OH）₃、Fe（OH）₃被二氧化硫还原生成Co²⁺、Fe²⁺，过滤得到滤液I中含有Co²⁺、Fe²⁺，向滤液中加入氯酸钠且同时通入氧气，Co²⁺、Fe²⁺被氧化，调节溶液的pH值将铁离子转化为Fe（OH）₃而除去，所以滤渣II为Fe（OH）₃，氯酸钠被还原生成NaCl，根据溶解度曲线知，硫酸钴随着温度升高而增大，硫酸钠溶解度随着温度升高先升高后降低，氯化钠溶解度随着温度升高而变化不大，将滤液蒸发浓缩、趁热过滤、冷却到40℃结晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗产品，结合题目分析解答．

解答 解：钴渣在稀硫酸溶液中酸浸且通入二氧化硫气体，酸性条件下Co（OH）₃、Fe（OH）₃被二氧化硫还原生成Co²⁺、Fe²⁺，过滤得到滤液I中含有Co²⁺、Fe²⁺，向滤液中加入氯酸钠且同时通入氧气，Co²⁺、Fe²⁺被氧化，调节溶液的pH值将铁离子转化为Fe（OH）₃而除去，所以滤渣II为Fe（OH）₃，氯酸钠被还原生成NaCl，根据溶解度曲线知，硫酸钴随着温度升高而增大，硫酸钠溶解度随着温度升高先升高后降低，氯化钠溶解度随着温度升高而变化不大，将滤液蒸发浓缩、趁热过滤、冷却到40℃结晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗产品，
（1）酸性条件下，氢氧化钴被二氧化硫还原生成二价钴离子，同时生成硫酸根离子和水，离子方程式为2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2 Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O，
故答案为：2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2 Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；
（2）除铁过程中，若选用氧化性更强的NaClO除铁，次氯酸钠具有强氧化性，能氧化钴离子而导致得不到CoSO₄•7H₂O，所以不能选取NaClO作氧化剂，
故答案为：氧化性过强会使Co²⁺被氧化；
（3）通过以上分析知，滤渣II为Fe（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃；
（4）过滤后得到的滤液II中含有硫酸钴、硫酸钠、氯化钠，且硫酸钴溶解度随着温度升高而增大，20-40℃硫酸钠溶解度随着温度升高而增大，40℃后硫酸钠溶解度随着温度升高而降低，氯化钠溶解度随着温度升高变化不大，所以要从溶液中得到硫酸钴晶体，应该采用蒸发浓缩、趁热过滤，冷却到40℃结晶操作得到CoSO₄•7H₂O粗产品，防止硫酸钴析出而降低产率，冷却到40℃结晶，因为该温度下硫酸钴溶解度降低较大，硫酸钠溶解度较小，防止析出硫酸钠晶体，
故答案为：蒸发浓缩、趁热过滤；防止析出硫酸钠晶体．

点评 本题考查物质制备，为高考常考查方式，明确流程图中发生的反应、物质分离提纯方法及物质性质是解本题关键，侧重考查学生分析判断、识图及理解应用能力，易错点是（4）题分析，题目难度中等．