题目内容
【题目】利用水钴矿（主要成分为Co2O3，含少量Fe2O3、A12O3、MnO、MgO、CaO、SiO2等）可以制取多种化工试剂，以下为草酸钴晶体和氯化钴晶体的制备流程，回答下列问题：
已知：①浸出液中含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等．
②沉淀I中只含有两种沉淀。
③流程中部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表．
沉淀物 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Co(OH)2 | Al(OH)3 | Mn(OH)2 |
开始沉淀 | 2.7 | 7.6 | 7.6 | 4.0 | 7.7 |
完全沉淀 | 3.7 | 9.6 | 9.2 | 5.2 | 9.8 |
（1）浸出过程中Co2O3发生反应的离子反应方程式为___________。
（2）NaClO3在浸出液中发生的离子反应方程式为_________________。
（3）加入Na2CO3调PH至5.2，目的是__________________________；萃取剂层含锰元素，则沉淀II的主要成分为_____________。
（4）操作I包括：将水层加入浓盐酸调整PH为2~3，___________、____________、过滤、洗涤、减压烘干等过程。
（5）为测定粗产品中CoCl2·6H2O含量，称取一定质量的粗产品溶于水，加入足量硝酸酸化的硝酸银溶液，过滤、洗涤、干燥，测沉淀质量。通过计算发现粗产品中CoCl2·6H2O质量分数大于100%,其原因可能是____________________（回答一条原因即可）。
（6）将5.49g草酸钴晶体（CoC2O4·2H2O）置于空气中加热，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表．
温度范围/℃ | 固体质量/g |
150～210 | 4.41 |
290～320 | 2.41 |
经测定，整个受热过程，只产生水蒸气和CO2气体，则290～320℃温度范围，剩余的固体物质化学式为__。
［已知： CoC2O4·2H2O的摩尔质量为183g·mol-1］
【答案】 Co2O3+SO32-+4H+= 2Co2++ SO42-+2H2O ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O 使Fe3+和Al3+沉淀完全 CaF2和MgF2 蒸发浓缩 冷却结晶 产品中结晶水含量低 产品中混有氯化钠杂质（回答一条即可） Co3O4或者CoO·Co2O3
【解析】含钴废料中加入盐酸，可得CoCl3、FeCl3、AlCl3、MnCl2、MgCl2、CaCl2，信息①中浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+、Mg2+、Ca2+等，则进入的Na2SO3将Co3+、Fe3+还原为Co2+、Fe2+。工艺流程最终得到草酸钴，加入NaClO3将Fe2+氧化为Fe3+，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、MnCl2、MgCl2、CaCl2，用NaF溶液除去钙、镁，过滤后，向滤液中加入萃取剂，将锰离子萃取，萃取后的余液中主要含有CoCl2，进入草酸铵溶液得到草酸钴。
（1）根据以上分析可知浸出过程中Co2O3发生反应的离子反应方程式为Co2O3+SO32-+4H+= 2Co2++ SO42-+2H2O；（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+=Cl-+6Fe3++3H2O；（3）根据以上分析可知加入Na2CO3调pH至5.2的目的是使Fe3+和Al3+沉淀完全；沉淀II的主要成分为CaF2和MgF2。（4）操作I包括：将水层加入浓盐酸调整pH为2~3，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、减压烘干等过程。（5）粗产品中CoCl2·6H2O质量分数大于100%，这说明氯离子含量偏高，因此其原因可能是产品中结晶水含量低；产品中混有氯化钠杂质；（6）5.49g草酸钴晶体的物质的量是0.03mol，分解生成水的质量是0.06mol×18g/mol＝1.08g，所以150～210℃时结晶水完全失去，剩余固体是CoC2O4；290～320℃时剩余固体中Co的质量是0.03mol×59g/mol＝1.77g，氧原子的质量是2.41g－1.77g＝0.64g，物质的量是0.64g÷16g/mol＝0.04mol，则固体中Co原子与O原子物质的量之比为3：4，所以化学式为Co3O4或者CoO·Co2O3。
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