Question

1．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=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；SO₂的另一个作用为搅拌，加快浸取速率．
（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Co²⁺使被氧化．
（3）滤渣Ⅱ的成分为Fe（OH）₃；通过除铁后溶液的pH降低（升高、降低或不变）．
（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 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：均速向钴渣和稀硫酸的化合物中通入SO₂，发生2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O，使Co（OH）₃、Fe（OH）₃被充分浸取，同时通入二氧化硫会使溶液中液体不停地运动，起到搅拌的作用，从而加快反应速率，过滤得到滤渣1为铜，加入氯酸钠、通入氧气，除铁，铁元素以氢氧化铁的形式沉淀，滤渣Ⅱ的成分为Fe（OH）₃，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．
（1）二氧化硫具有还原性，+3价的钴具有氧化性，浸取Co（OH）₃的反应为+4价硫和+3价的钴间的氧化还原反应，根据离子反应方程式书写方法书写，二氧化硫气体通入溶液中，能起搅拌作用，能加快浸取速率；
（2）Co²⁺具有还原性，除铁过程中，若选用氧化性更强的NaClO除铁，可造成Co²⁺被氧化；
（3）铁元素以氢氧化铁的形式沉淀，形成氢氧化铁沉淀需消耗氢氧根离子，溶液的PH降低；
（4）从溶液中得到固体应蒸发浓缩、结晶，然后过滤，溶液含有溶质有硫酸钴、硫酸钠、氯化钠，冷却到40℃结晶目的防止析出硫酸钠晶体杂质．

解答 解：（1）二氧化硫具有还原性，Co³⁺具有氧化性，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，实际是利用二氧化硫的还原性，使Co³⁺还原成Co²⁺，使Fe³⁺还原成Fe²⁺，所以浸取Co（OH）₃的离子方程式为：2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O，通入二氧化硫会使溶液中液体不停地运动，起到搅拌的作用，从而加快反应速率，
故答案为：2Co（OH）₃+2H⁺+SO₂=2Co²⁺+SO₄^2-+4H₂O；搅拌，加快浸取速率；
（2）次氯酸钠的氧化性过强，除铁过程中，若选用氧化性更强的NaClO除铁，可能会使Co²⁺被氧化成Co³⁺，
故答案为：氧化性过强，会Co²⁺使被氧化；
（3）除铁是把铁变成了氢氧化铁，过滤时，得到的滤渣为氢氧化铁，生成的氢氧化铁沉淀时要消耗溶液中的氢氧根离子，溶液的PH降低，
故答案为：Fe（OH）₃；降低；
（4）从溶液中得到固体应首先蒸发浓缩、结晶，然后过滤，该溶液含有溶质有硫酸钴、硫酸钠、氯化钠，由溶解度曲线可知，氯化钠、硫酸钠溶解度在高温时，随温度变化小，而硫酸钴的变化大，在低于40度时，硫酸钠、硫酸钴的溶解度随温度变化都较大，在加热时浓缩时，高温下，氯化钠、硫酸钠溶解度小，它们会首先析出，硫酸钴的溶解度大，不能析出，趁热过滤可除去一部分硫酸钠晶体，氯化钠，在冷却结晶，此时的主要是硫酸钴晶体，当温度低于40度时，硫酸钠晶体也析出，
故答案为：蒸发浓缩、趁热过滤；防止析出硫酸钠晶体．

点评 本题考查硫酸钴晶体的制备，掌握氧化还原、物质的分离与提纯相关知识是解答关键，题目难度中等．