题目内容

【题目】一种利用化肥中废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)制取明矾和CoSO4粗产品的工艺流程如下:

已知:(i)相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表所示:

(ⅱ)Al(OH)3在碱性条件下开始溶解时的pH为7.8,完全溶解时的pH为11。

回答下列问题:

(1)写出H2O2的电子式:___________。

(2)下列措施一定能提高步骤I中A13+和Co2+的浸取率的是___________(填标号)

a.将废催化剂粉磨为细颗粒

b.步骤I中的硫酸采用98%的浓硫酸

c.适当提高浸取时的温度

(3)步骤Ⅱ中,写出“氧化”过程中Fe2+被氧化的离子方程式:___________,若“氧化”后再“调节pH=3”,造成的后果是___________。

(4)步骤Ⅲ中加K2CO3应控制pH的范围为___________。

(5)测定CoSO4粗产品中钴的质量分数的步骤如下:准确称取ag产品,先经预处理,然后加入过量的冰乙酸,在加热煮沸下,缓慢滴加KNO2溶液直至过量,生成不溶于乙酸的K3[Co(NO2)6],再经过滤、洗涤及干燥,称量沉淀的质量为bg。

①KNO2溶液氧化并沉淀Co2+的离子方程式为___________(已知KNO2被还原为NO)。

②粗产品中钴元素的质量分数为___________(Mr{K3[Co(NO2)6]}=452,列出计算式)。

【答案】 ac 2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+ Fe3+对双氧水的分解有催化作用,造成原料利用率低 pH11 Co2++3K++7NO2-+2CH3COOHK3[Co(NO2)6] ↓+NO↑+ H2O+2CH3COO- 100%

【解析】

废催化剂(含CoO、Co、Al2O3及少量FeO)加入硫酸酸浸反应后得到浸取液,主要含有Co2+、Al3+、Fe2+、H+和SO42-等离子,调节溶液的pH=3,再加入H2O2,Fe2+被氧化为Fe3+并产生Fe(OH)3沉淀。过滤后,滤液中加入K2CO3调节pH,生成Co(OH)2沉淀和KAlO2溶液,经过滤分离。Co(OH)2沉淀加硫酸溶解经后续处理得到粗产品CoSO4,滤液加硫酸酸化得到硫酸铝钾溶液,经结晶得到明矾,以此分析解答。

(1)H2O2为共价化合物,两个氧原子共用一对电子,电子式为:,

因此,本题正确答案是:;

(2) a.将废催化剂粉磨为细颗粒,增大反应物的接触面积,能提高浸取率,故a正确;

b.该反应为H+参加的离子反应,98%的浓硫酸中的氢离子浓度极小,不利于酸浸,故b错误;

c.升高温度化学反应速率加快,所以适当提高浸取时的温度,能提高浸取率,故c正确。

因此,本题正确答案是:ac;

(3)Fe2+被氧化为Fe3+,pH=3时产生Fe(OH)3沉淀,离子方程式为:2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+;Fe3+对双氧水的分解有催化作用,若“氧化”后再“调节pH=3”,会造成原料利用率低。

因此,本题正确答案是:2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+;Fe3+对双氧水的分解有催化作用,造成原料利用率低;

(4) 由已知(i)可知,Co2+沉淀完全的pH为9.2,由已知(ⅱ) 可知,Al(OH)3完全溶解时的pH为11,所以要分离出Al3+,应控制pH的范围为pH11,

因此,本题正确答案是:pH11;

(5)①KNO2将Co2+氧化为Co3+,并生成K3[Co(NO2)6] 沉淀,NO2-被还原为NO,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒写出离子方程式为Co2++3K++7NO2-+2CH3COOHK3[Co(NO2)6] ↓+NO↑+ H2O+2CH3COO-。

因此,本题正确答案是:Co2++3K++7NO2-+2CH3COOHK3[Co(NO2)6] ↓+NO↑+ H2O+2CH3COO-;

②bg K3[Co(NO2)6]中含Co元素的质量为bg×,

则粗产品中钴元素的质量分数为×100%,

因此,本题正确答案是:×100%。

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