Question

1．水钴矿中除SiO₂外还有9.24%CoO，2.78%Fe₂O₃，0.96%MgO、0.084%CaO，从中提取钴的主要工艺流程如图1：


（1）在一定浓度的H₂SO₄溶液中，钻的浸出率随时间、温度的变化如图2所示，考虑生产成本和效率，最佳的浸出时间为12小时，最佳的浸出温度为90℃
（2）浸出过程中，CoO溶解的离子反应方程式为CoO+2H⁺=Co²⁺+H₂O矿渣的主要成分是SiO₂、CaSO₄
（3）请配平下列除铁的化学方程式3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃1Na₂Fe₆（SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑
（4）除钙、镁过程中，逐批加人NaF溶液，当CaF₂开始沉淀时，溶液中$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=0.74（已知K_sp（CaF₂）=1.0×10^-10，K_sp（MgF₂）=7.4×10^-11）
（5）进行“搡作X”的主要目的之一是洗去沉淀中的杂质离子，检验杂质中的主要阴离子洗净的方法为取最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加适量的BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成什么洗涤干净．
（6）10t水钴矿最多可获得2.7tCoC₂O₄•4H₂O产品（保留2位有效数字）

Answer 1

分析 水钴矿磨矿将矿石粉碎，增大接触面积，加快反应速率，加入稀硫酸，矿渣为SiO₂，滤液中含有：CoSO₄、Fe₂（SO₄）₃、MgSO₄、CaSO₄，加入碳酸钠，除去Fe₂（SO₄）₃，加入氟化钠，除去钙镁，过滤得主要含CoSO₄的溶液，加入草酸铵，通过沉淀、过滤、洗涤、干燥得到四水合草酸钴，
（1）根据浸出率与时间和温度的关系及生产成本分析；
（2）CoO溶解于酸生成盐和水，分析可知矿渣为不溶于硫酸的二氧化硅和硫酸钙；
（3）根据原子守恒配平方程式；
（4）依据离子浓度之比变式得到：$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$；
（5）根据流程图中加入的物质分析，该沉淀中吸附易溶于水的离子；得到的沉淀要进行洗涤和干燥，才能得到较纯净、干燥的物质；
（6）依据钴元素守恒计算得到；

解答 解：（1）根据图知，时间越长浸出率越高，温度越高，浸出率越高，但浸出12小时后，浸出率变化不大，90℃和120℃浸出率变化不大，且时间过长、温度过高导致成本较大，所以最佳的浸出时间为12小时，最佳的浸出温度为90℃，故答案为：12；90；
（2）水钴矿中除SiO₂外还有9.24%CoO，2.78%Fe₂O₃，0.96%MgO、0.084%CaO，加入硫酸溶解的是氧化铁、氧化镁、氧化钙、氧化钴，氧化钴溶解于硫酸反应的离子方程式为：CoO+2H⁺=Co²⁺+H₂O，二氧化硅不溶，生成的硫酸钙微溶，所以残渣为SiO₂、CaSO₄，
故答案为：CoO+2H⁺=Co²⁺+H₂O；SiO₂、CaSO₄；
（3）根据原子守恒配平方程式，所以其方程式为：3Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+6Na₂CO₃=Na₂Fe₆ （SO₄）₄（OH）₁₂↓+5Na₂SO₄+6CO₂↑，
故答案为：3，6，6，1，5，6；
（4）离子浓度之比变式得到：$\frac{c（M{g}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（Mg{F}_{2}）}{Ksp（Ca{F}_{2}）}$=$\frac{7.4×1{0}^{-11}}{1.0×1{0}^{-10}}$=0.74，
故答案为：0.74；
（5）该沉淀中吸附易溶于水的离子，根据流程图知，溶液中含有硫酸根离子、铵根离子和钠离子，所以沉淀上含有硫酸根离子、铵根离子和钠离子，得到的沉淀要进行洗涤和干燥才能得到较纯净、干燥的物质，取最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加适量的BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成什么洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加适量的BaCl₂溶液，若无白色沉淀生成什么洗涤干净；
（6）水钴矿中有9.24%CoO，则10t水钴矿中CoO质量=10t×9，24%=0.924t，依据钴元素守恒价，
CoO～～CoC₂O₄•4H₂O
75        219
0.924t      m
m=2.70t，
故答案为：2.7；

点评 本题考查难溶电解质的溶解平衡、电极反应式的书写、物质的分离和提纯等知识点，难点是（3）题，明确溶度积常数的含义是解此题关键，电极反应式的书写是学习难点，要结合电解质溶液的酸碱性书写，难度中等．