题目内容
19．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．其工业制取流程如图1：
（1）滤渣A的成分除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2：
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1.0mol/L计算）
| 开始沉淀的pH | 完全沉淀的pH | |
| Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
| Al3+ | 3.0 | 5.0 |
| Co2+ | 7.2 | 9.2 |
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pH（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．
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．
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Ⅰ．向菱锰矿中加入过量稀H2SO4，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量MnO2，过滤；
Ⅲ．调节滤液pH=a，过滤；
Ⅳ．浓缩、结晶、分离、干燥得到产品；
Ⅴ．检验产品纯度．
（1）步骤Ⅰ中，滤渣的主要成分是SiO2．
（2）将MnO2氧化Fe2+的离子方程式补充完整：
1MnO2+2Fe2++4H+=1 Mn2++2Fe3++2H2O
（3）与选用Cl2作为氧化剂相比，MnO2的优势主要在于：原料来源广、成本低、可避免环境污染、不会引入Cl-，使制得的MnSO4?H2O产品更纯净．
（4）已知：
生成氢氧化物沉淀的pH
| Al（OH）3 | Fe（OH）2 | Fe（OH）3 | Mn（OH）2 | |
| 开始沉淀时 | 3.4 | 6.3 | 1.5 | 7.6 |
| 完全沉淀时 | 4.7 | 8.3 | 2.8 | 10.2 |
步骤Ⅲ中a的取值范围是4.7≤a＜7.6．
（5）步骤Ⅴ，通过测定产品中锰元素的质量分数来判断产品纯度．
已知一定条件下，MnO4-与Mn2+反应生成MnO2．取x g产品配成溶液，用0.1mol/L KMnO4溶液滴定，消耗KMnO4溶液y mL，产品中锰元素的质量分数为$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$．
已知：
①浸取时发生的主要反应为：MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O，杂质FeS、CuS、CdS也会发生类似反应．
②某些金属离子完全沉淀的pH如下表：
| Zn2+ | Mn2+ | Fe2+ | Fe3+ | Al3+ | |
| pH | 8.0 | 10.1 | 9.0 | 3.2 | 4.7 |
（1）步骤Ⅰ中浸取时Al2O3与稀硫酸反应的化学方程式为Al2O3+3H2SO4═Al2（SO4）3+3H2O．
（2）步骤Ⅱ中还原回收得到的金属单质是Cu、Cd．
（3）步骤Ⅲ中MnO2的作用是将Fe2+氧化成Fe3+，适宜选作物质W的试剂为BD（选填编号）．
A．NaOH B．ZnO C．NH3•H2O D．MnCO3
（4）酸性锌锰干电池放电时，负极的电极反应式为Zn-2e-═Zn2+．
（5）MnSO4可用于制备MnCO3，MnCO3在空气中加热反应也可制得MnO2．
已知25℃，101kPa时：
Mn（s）+O2（g）=MnO2（s）△H1=-520kJ•mol-1
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H2=-393.5kJ•mol-1
2Mn（s）+2C（s）+3O2（g）=2MnCO3（s）△H3=-894kJ•mol-1
MnCO3在空气中加热反应生成MnO2的热化学方程式为2MnCO3（s）+O2（g）═2MnO2（s）+2CO2（g）△H=-933kJ•mol-1．
（6）按照图示流程，若某次生产过程中使用了100t闪锌矿，其中ZnS含量为80%，浸取时ZnS的损失率为3%，最终得到87t MnO2．假设流程中每个步骤都反应完全，电解（使用惰性电极）时无其他产物生成，则流程中除杂质所引入的锌元素的质量为13t．
| 阳离子 | K+、Na+、Fe2+、Ba2+、NH${\;}_{4}^{+}$、Ca2+ |
| 阴离子 | OH-、NO${\;}_{3}^{-}$、I-、HCO${\;}_{3}^{-}$、AlO${\;}_{2}^{-}$、HSO${\;}_{4}^{-}$ |
①B的化学式为Ba（OH）2．
②A、B溶液混合加热反应的离子方程式H++SO42-+NH4++Ba2++2OH-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$BaSO4↓+NH3↑+2H2O．
（2）若A的水溶液呈浅绿色，B的水溶液无色且其焰色反应为黄色．向A的水溶液中加入稀盐酸无明显现象，再加入B后溶液变黄，但A、B的水溶液混合亦无明显变化．则
①A的化学式为FeI2．
②经分析上述过程中溶液变黄的原因可能有两种（用离子方程式表示）
Ⅰ8H++2NO3-+6I-=2NO↑+3I2+4H2O；Ⅱ8H++2NO3-+6I-=2NO↑+3I2+4H2O和4H++NO3-+3Fe2+=NO↑+3Fe3++2H2O．
③请用一简易方法证明上述溶液变黄的原因取少量变黄溶液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若变红则Ⅱ合理（其他合理亦可）．
| A． | a电极反应式为C6H5OH-28e-+11H2O═6CO2↑+28H+ | |
| B． | 电子流向为a→负载→b→质子交换膜→a | |
| C． | H+由右室通过质子交换膜进入左室 | |
| D． | 当有1mol电子转移时，正极产生2.24L气体 |
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